就在剛剛過去的9月，意大利神經(jīng)科學(xué)家安德里亞·沃爾特拉宣布在人腦中發(fā)現(xiàn)了一種新型細(xì)胞。
據(jù)沃爾特拉發(fā)表在《自然》雜志上的論文所述，這是一種對大腦功能至關(guān)重要的新型細(xì)胞。這種細(xì)胞存在于小鼠和人類大腦的多個區(qū)域，在結(jié)構(gòu)和功能上表現(xiàn)出混合性質(zhì)。此外，這些細(xì)胞對記憶以及大腦對運動的控制具有增強作用。
多年來，沃爾特拉一直在向他的學(xué)生講述被譽為“現(xiàn)代神經(jīng)學(xué)之父”的圣地亞哥·拉蒙·卡哈爾的故事——
1888年，卡哈爾在他位于西班牙巴塞羅那的住所里建立了一個實驗室，并開始在顯微鏡下研究人腦切片。他從附近的醫(yī)院獲得了捐贈的器官。一次，在觀察腦切片時，他看到顯微鏡鏡頭另一端有一片“千絲萬縷的叢林”。
當(dāng)他深入研究這片“叢林”時，最終提出了“大腦也是由單個細(xì)胞所組成的”這一新觀點，其中，神經(jīng)元是思維的“主角”。
如今，沃爾特拉的新發(fā)現(xiàn)引起了神經(jīng)科學(xué)界的極大關(guān)注。美國《每日科學(xué)》網(wǎng)站刊文稱，該發(fā)現(xiàn)“撼動了神經(jīng)科學(xué)的基礎(chǔ)”。
大腦有兩大主要細(xì)胞家族
構(gòu)成大腦的兩個主要細(xì)胞家族是神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。
卡哈爾發(fā)現(xiàn)的“大腦叢林”即神經(jīng)元的密度出人意料。據(jù)西班牙《國家報》報道，只有1.5千克重的大腦中，大約有860億個神經(jīng)元（通常被稱為灰質(zhì)）與數(shù)萬億個突觸相連。此前，科學(xué)界普遍認(rèn)為大腦是一團分散的、物理上相互連接的網(wǎng)絡(luò)。而卡哈爾則表明，神經(jīng)元通過“親吻”突觸的方式進(jìn)行彼此間的交流。
深圳華大生命科學(xué)研究院腦科學(xué)主任科學(xué)家、研究員劉石平告訴科技日報記者，這些突觸就像是“通訊站”。
“神經(jīng)元的主要職責(zé)是傳遞神經(jīng)信號，包括電信號的生成和傳導(dǎo)，以及與其他神經(jīng)元之間的連接?！眲⑹秸f，“我們所有的有意識或無意識的活動，總體上依賴于神經(jīng)元對信號的傳導(dǎo)和處理，因此神經(jīng)元也是一種能耗非常高的細(xì)胞?！?/p>
一般認(rèn)為，神經(jīng)元被神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞所環(huán)繞。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞具備多重功能，包括維護(hù)神經(jīng)元的化學(xué)環(huán)境、提供營養(yǎng)物質(zhì)、支持神經(jīng)信號傳導(dǎo)和處理，以及參與免疫反應(yīng)等。其中一種神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞因其類似星星的形狀被命名為星形膠質(zhì)細(xì)胞。
此外，劉石平介紹，大腦中神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的比例大致為1∶1。除了這兩大主要細(xì)胞家族，大腦還包含一些其他類型的細(xì)胞，如微型膠質(zhì)細(xì)胞等。
新型細(xì)胞能與其他細(xì)胞通信
此次發(fā)現(xiàn)的新型細(xì)胞是介于這兩個大腦細(xì)胞家族之間的混合細(xì)胞，它不屬于神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞這兩個典型類別。
當(dāng)一個神經(jīng)元受到電刺激時，它會向與另一個神經(jīng)元之間的間隙釋放谷氨酸等神經(jīng)遞質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)，從而觸發(fā)電信號到化學(xué)信號的突觸傳遞，導(dǎo)致下一個神經(jīng)元的激活。這種能力被廣泛認(rèn)為是神經(jīng)元所特有的。
現(xiàn)在，沃爾特拉團隊宣布了他們的發(fā)現(xiàn)，一些神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞實際上也可以通過類似突觸的傳遞方式與其他細(xì)胞進(jìn)行通信。他們將這些新型細(xì)胞命名為“谷氨酸能星形膠質(zhì)細(xì)胞”，并稱之為“混合細(xì)胞”。
劉石平表示，這種細(xì)胞不應(yīng)被稱為大腦中的“第三類”細(xì)胞家族，準(zhǔn)確地說，它屬于星形膠質(zhì)細(xì)胞的一個亞群。所謂“混合細(xì)胞”，是因為它雖然是一種神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，但卻能執(zhí)行神經(jīng)元的部分功能。
西班牙馬德里卡哈爾研究所的神經(jīng)科學(xué)家梅內(nèi)德斯·德拉·普里達(dá)表示，這種星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群具有釋放谷氨酸所必需的神經(jīng)元分子機制的一部分。神經(jīng)元之間的信息傳輸速度很快，只需要幾毫秒，如果突觸傳遞發(fā)生在一連串（多突觸）的幾個神經(jīng)元之間，則需要長達(dá)幾十毫秒。相比之下，星形膠質(zhì)細(xì)胞可能需要幾秒鐘才能傳輸信息。這種星形膠質(zhì)細(xì)胞亞群的反應(yīng)時間低于一秒，這更接近多突觸反應(yīng)。
有望改變對大腦功能的認(rèn)知
普里達(dá)認(rèn)為，這是“一項超越性的發(fā)現(xiàn)”，它將改變我們對大腦功能及相關(guān)疾病的理解。
研究表明，這類細(xì)胞可調(diào)節(jié)神經(jīng)元活動，控制著神經(jīng)元的交流和興奮水平。沃爾特拉發(fā)表在《自然》雜志上的論文指出，新發(fā)現(xiàn)的谷氨酸能星形膠質(zhì)細(xì)胞集中在海馬體，這是與記憶有關(guān)的大腦區(qū)域。
劉石平告訴記者，這次沃爾特拉研究的海馬體對于短期和長期記憶形成以及運動控制等功能非常關(guān)鍵。海馬體也是阿爾茨海默病初期最易受損的區(qū)域之一。因此，這一新發(fā)現(xiàn)對于理解阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病具有重要意義。
劉石平特別強調(diào)，這項研究暗示大腦中細(xì)胞類型的復(fù)雜性遠(yuǎn)超我們之前的認(rèn)知，并且需借助更多的研究來深入理解這種復(fù)雜性。
例如，全面開展“腦圖譜計劃”來繪制人腦細(xì)胞基因表達(dá)及其空間分布的特征，進(jìn)行更為深入的細(xì)胞類型研究，包括基因表達(dá)和功能研究。這些研究將有助于揭示大腦的復(fù)雜性。此外，這些新型膠質(zhì)細(xì)胞可能存在于多個物種中，但其功能可能存在差異。因此，開展跨物種研究對于深入理解這些細(xì)胞的起源和演變過程具有重要意義。（記者 張佳欣）
