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西亚试剂:爱因斯坦大脑给出的启示

与智慧相关
爱因斯坦(A.  Einstein)去世之后,他那颗堪称世上最聪明的大脑被人取出进行研究,以期发现其智慧的真正原因。结果着实令人惊奇,爱因斯坦的大脑并非像人们想当然的在体积和重量上异于常人或是具有更多的神经元。相反,美国加州大学的神经解剖学家戴蒙德(M.  Diamond)在爱因斯坦大脑的左顶叶,即负责高级认知功能的联络皮层中发现了异常丰富的胶质细胞,这一指标远远高出常人的水平。这是偶然的现象抑或是昭示着神经胶质细胞与智力水平的直接相关性?据相关研究,似乎生物进化程度越高,其脑内的胶质细胞所占的比例就越大,例如果蝇的胶质细胞量占脑细胞总量的25%,小鼠中的比例为65%,而在人类则高达90%。如此看来,说“神经胶细胞的比例可以反映智慧水平”也未尝不是一个科学大胆的推测!
如前所述,早先的神经科学研究认为星形胶质细胞没有参与大脑信息传递,直至近十几年对星形胶质细胞的研究再次如火如荼地展开后,终于发现在信息传导加工的过程中,星形胶质细胞绝不仅仅是一个“观众”。

在神经元发育的“幼年”时代,星形胶质细胞像保育员一样呵护神经元的成长和突触结构的形成。将哺乳动物的神经元和星形胶质细胞共同体外培养,发现神经元的树突和轴突均正常发育;而如果单独培养神经元,则它的树突形成发生障碍。平行的另一项实验发现如果使低等动物果蝇星形胶质细胞内的一种关键基因突变,其星形胶质细胞会大量死亡,继之许多神经元也会发生死亡。这些实验说明星形胶质细胞对神经元的发育生存必不可少,而美国斯坦福大学巴雷斯(B.  Barres)教授研究小组的发现则直接证明了星形胶质细胞在信息传递中的作用。巴雷斯的研究小组在1997年证实了星形胶质细胞能使神经元间的信息传递加强[3]。后续的其他相关研究相继支持了这一观点,并发现了星形胶质细胞增强突触信息传递效能的机制,以及星形胶质细胞的存在可使突触数量上调7倍。突触数量的增多恰恰是学习记忆能力提高的表现。2005年,巴雷斯及其同事进一步宣布了他们的最新成果,即星形胶质细胞分泌的血小板反应蛋白(钙结合糖蛋白)促进形态正常的突触形成[4]。时至今日,星形胶质细胞促进神经元成熟和突触形成的具体机制仍在不断被挖掘,但毋庸置疑的是,它绝不是一个被动的角色。

在突触形成之后,星形胶质细胞是在信息要道上与神经元并肩战斗的伙伴。自从打破对星形胶质细胞认识上的坚冰之后,一些科学家开始质疑“星形胶质细胞没有信息传递功能”这个过早给出的定论。已知神经元间的电化学信息传递要借助“神经递质”的释放和“神经递质受体分子”存在而完成,且先前认为神经递质只能由神经元合成而且其受体也只存在于神经元上,但1990年代陆续发现星形胶质细胞上也存在各种神经递质受体,并且它还可以释放谷氨酸等多种神经递质。这提示星形胶质细胞虽然不具备神经元突触结构,但也可能利用化学方式进行信息传递,而且这种信息传递方式可以在相当程度上优化脑功能。早前的研究可能太过专注于神经元式的信息传递模式以致忽略了其他信息传递形式存在的可能性,从而对星形胶质细胞的信息传递能力做出“误判”。

近年来,倚靠各种先进技术手段的介入,对神经系统内重要的信息分子钙所作的研究引人注目。“钙波振荡”学说很好地描绘出星形胶质细胞以钙离子为媒介与神经元进行信息“对话”的过程。首先,神经元通过释放神经递质作用于星形胶质细胞上的神经递质受体使星形胶质细胞内的钙浓度升高,后者再刺激星形胶质细胞合成谷氨酸等化合物,旋即这些化合物作为信息分子反作用于神经元,促使神经元信息传递发生相应的改变。在这个信息反馈环路中[5],神经元与星形胶质细胞二者具有协作关系。2001年英国卡迪夫大学克吕内利(V.  Crunelli)的实验室进一步提出星形胶质细胞可以不依赖神经元而自发出现钙浓度变化,且这一变化同样可以引发神经元的反应[6]。此发现实在令人兴奋,这表示星形胶质细胞甚至还可能自己发出指令调控神经元的信息传递活动!更有人提出以化学信号方式传递信息的星形胶质细胞网络可能比神经元的线性网络具有更高的效能!这方面后续的研究正在紧锣密鼓地进行着,神经科学家期待更多结果来判定星形胶质细胞与智慧的相关性,这极有可能引发一场脑学习与思维功能研究的新高潮。

高度发达的思维能力是人类繁衍生息和兴旺发达的源泉,也是人之为人的根本。星形胶质细胞在怎样一个程度上如何影响智慧?它与神经元在信息传递中的具体合作机制到底如何?一系列的谜题仍然有待人们去探索。