人腦獨有全新神經元「玫瑰果」被發現！或將解密「人之所以為人」

來自專欄 DeepTech深科技149 人贊了文章

一顆小小的腦中包含龐大的神經元群體，其複雜程度完全不亞於整個宇宙星體。

「是什麼讓人類的大腦與眾不同？」

這是人類最感興趣的問題，同時也是神經生物學家最難回答的問題之一。

而今，也許研究者們離答案又近了一步。在本周一 Nature Neuroscience 上發表的一篇研究中，來自美國及歐洲的 34 名科學家通力合作，使用轉錄組學、形態學及生理學方法，共同發現了一種新型的人類大腦細胞——「玫瑰果神經元」（rosehip neurons）。

圖|研究者在人腦中發現新的神經細胞類型 （來源：TAMAS LAB）

這種細胞位於人腦皮質頂層（抑制性神經元聚集區），周圍有茂密的叢狀神經纖維束（軸突），因其中心形似脫去花瓣的玫瑰果而得名「玫瑰果神經元」（rosehip neurons）。目前，該細胞僅在人腦中發現，並不存在於小鼠或其他實驗動物腦中。

這一最新發現也隨之引發很多疑問，包括：在人類的行為及思維中，這種細胞是作為何種角色出現？它是否可以在靈長類動物和其他認知先進的物種中找到？但由於並未在其他實驗動物中發現該細胞類型，也就意味著目前並沒有合適的模型用以驗證其功能等相關問題。

圖 | Nature Neuronscience 相關報道（來源：Nature Neuronscience）

更嚴峻的問題是，如果人類的大腦中存在一種特殊的神經元，這種神經元及其相關信號通路在小鼠及其他實驗動物中並不存在，那是否意味著以當前動物模型所進行的神經科學的研究結果都是錯誤扭曲的，甚至是不可信的呢？

「如果我們想要了解人類大腦是如何工作的，我們就需要從人類或密切相關的物種入手，」該論文的共同作者，來自艾倫腦科學研究所（Allen Institute for Brain Science）的神經科學家 Trygve Bakken 說，而此項研究結果很可能成為神經科學的新起點。

兩種思路的共同發現

在最初的研究中，來自艾倫腦科學研究所的 Ed Lein 與來自匈牙利賽格德大學（University of Szeged）的 Gábor Tamás 分別帶領團隊，在發現人類腦細胞類型的課題上，獨立開展探究。Tamás 的團隊採取了神經科學的經典方法，在形態學上對細胞進行分類檢驗，而 Lein 的團隊則是在轉錄組水平上對人與小鼠的神經細胞類型進行比對區分。

圖丨Gábor Tamás （左）與 Ed Lein（右）

「我們的確不知道是什麼讓人腦與眾不同，」來自艾倫腦科學研究所的 Ed Lein 說到，「但從細胞及神經通路基因表達水平差異著手，是個很好的切入點，更重要的是，我們如今有趁手的新工具。」

Ed Lein 所提到的「新技術」正是近年來頗為流行的單細胞 RNA 測序技術。自神經解剖學家 Santiago Ramón y Cajal 通過繪畫對神經系統結構進行描繪以來，神經生物學家們開始習慣於使用形態生理學方法對神經細胞進行分類，儘管百餘年間，顯微鏡變得越來越高端，可在區分細胞類型上現代神經科學領域卻沒有太多長進，仍舊依靠大量的人力對細胞形態及功能進行判斷。

圖| 《生活大爆炸中》 Sheldon 為 Amy 挑選 Cajal 的著名神經元手繪稿作為禮物(來源：美劇《生活大爆炸》)

圖 | Cajal 著名的神經元手繪稿（來源： cajal 手稿）

而單細胞 RNA 測序技術則可以從轉錄水平對單個細胞中的基因表達進行測定，從而根據其表達模式進行聚類分析，更加準確快捷。

在 Lein 團隊的研究中，他們選擇的大腦組織樣本來自兩名 50 歲左右的男性死者，研究者們以大腦皮層的上層，即新大腦皮質（neocortex）作為研究對象。這是人類大腦皮層中最外層的區域，負責人類認知及其他人類特有的高級能力。

與 Lein 的團隊不同，Tamás 採用了經典的神經學方法，他通過對活體組織樣本進行染色觀察及記錄電刺激反應，識別出一種新型的神經細胞--玫瑰果細胞。

圖 | 玫瑰果 （來源：Pixabay）

Tamás 和他的博士生 Eszter Boldog 將新發現的神經細胞命名為「玫瑰果」，是由於該新型神經元周圍有茂密叢狀神經纖維束，且軸突向末梢與其他神經元進行信息傳遞的區域，即軸突終扣（axonal boutons）異常膨大，形態酷似脫去花瓣的玫瑰果。

幾年前，Tamás 造訪艾倫研究所，並展示了其團隊關於人腦細胞類型的最新研究成果，兩個團隊猛然發現他們各自獨立使用截然不同的方法與思路發現了同一種神經細胞——「玫瑰果神經元」。這種「不期而遇」更是二者的一次互相證明，隨後兩個團隊開展了合作。

難以模擬的「人性」

位於大腦皮層頂層，玫瑰果神經元與錐體神經元形成突觸，錐體神經元是前額皮質中的主要興奮性神經元。「我們都有抑制性神經元和興奮性神經元，」Bakken 說，「而本次研究的新發現就在於，這種神經細胞的形狀、連接以及所表達的基因都是與眾不同的。」

「就像是制動系統，」Lein 說到，興奮性神經元可以將信息傳遞到臨近細胞，而抑制性神經元則可以像剎車一樣，減緩或阻斷興奮性神經元的放電行為。

而玫瑰果神經元的特殊之處在於，其只與連接細胞的某特殊部分結合，如果將所有的抑制神經元都想像成汽車上的剎車，那麼玫瑰果神經元就是那個能讓汽車在特定位置停下的剎車。除此之外，哪也不停，而對於一些汽車（或動物大腦）來說，壓根就沒有這種剎車（玫瑰果神經元），這意味著人類很可能正是藉助這一特殊的結構特點控制細胞間信息流的傳遞，從而在認知上「更勝一籌」。

圖 | 玫瑰果神經元（上）與錐體神經元（下）形成突觸（來源：TAMAS LAB）

目前，該新型神經元的具體功能仍然是未知數，但據估測玫瑰果神經元在新皮質最外層（Layer I）的抑制性神經元中佔比 10-15%，在其他腦區可能佔比更少。根據其軸突終扣的位置表明，玫瑰果神經元可能對全腦的興奮性輸入有強大的抑制調控作用。

僅於人腦中發現，但並不存在於小鼠或其他實驗動物腦中，這意味著通過小鼠等實驗動物作為模型進行人類神經功能驗證，很可能根本就無法模擬出獨特的「人性」。

在文中，研究者們指出，以小鼠或其他嚙齒類動物作為動物模型用以驗證人類認知的方法值得批判性評估。「在基礎研究層面，（人與嚙齒類動物）物種之間存在很多相似的部分，因而不應該完全抹殺動物模型的價值，」Bakken 說到，「但在這個過程中，研究者頭腦中必須對兩者之間的區別有清醒的認識，人類大腦並非只是大一號的小鼠大腦。」

對於人類很多器官的研究，研究者們都可以通過實驗動物合理的建立模型，但人類大腦的認知能力以及輸出行為正是人類區別於動物的所謂「人性」，也許實驗模型很容易尋找，但「人性」才是真正難以模擬的部分。

由於目前並不能完全確定玫瑰果神經元是人類特有的，因而在後續的研究中，研究者們將進一步在其他靈長類動物大腦中進行確定。同時，研究者們也將從精神障礙患者的大腦樣本中尋找玫瑰果神經元，探索該種細胞在腦部疾病中的潛在作用。

參考：