人脑中未成熟神经元分子特征的发现为大脑可塑性提供了新的见解

由宾夕法尼亚大学佩雷​​尔曼医学院的研究人员领导的一个团队使用先进的技术表明，在称为海马体的大脑关键记忆区域中，未成熟的可塑性神经元在整个人类生命周期中大量存在。本月发表在《自然》杂志上的研究结果希望解决长期以来关于“成人神经发生”——在成熟的人类大脑中产生新的未成熟神经元——存在的争议。这一发现还为深入研究成人神经发生及其在记忆、情绪、行为和大脑疾病中的作用铺平了道路。

“许多哺乳动物在其整个生命周期中都会在大脑中产生新的神经元，这些神经元在大脑的可塑性或随时间变化和适应的能力中起着至关重要的作用。当大脑受损时，这种自我修复能力尤其重要，这就是发生在中风或脑损伤期间，”宾夕法尼亚大学佩雷​​尔曼神经科学教授、资深作者宋红军博士说。“这种可塑性对于理解阿尔茨海默氏症等疾病也很重要，这些疾病会影响患者的记忆，以及其他功能。”

人类成人神经发生的存在已经争论了几十年。近一个世纪以来，神经科学家一直认为，一旦哺乳动物的大脑成熟，其中就不会产生新的神经元——现有的神经元必须持续整个成年期。最终，研究开始提供成人大脑、小鼠、人类和其他哺乳动物，特别是嗅觉(气味)区域和海马体中新产生的未成熟神经元的证据。海马体中的未成熟神经元曾经并将继续受到特别关注，因为该大脑区域在学习、记忆和情绪调节中起主要作用，并且在阿尔茨海默病患者的大脑中减少。

然而，在过去的几年里，其他研究没有发现人类海马体中有显着的成人神经发生的证据。神经科学家很难解决这场争论，因为他们还没有一种简单、敏感和具体的方法来识别成人脑组织样本中新产生的未成熟神经元。

Song、Ming 和他们的团队在两个强大且相对较新的工具的帮助下克服了这一挑战。第一个是单核 RNA 测序，它基本上记录了任何单个细胞中的所有基因活动。第二个是机器学习，这是一种人工智能，在这种情况下，研究人员用来筛选小鼠和人类的大量基因活动数据集，以了解成熟和未成熟海马神经元之间的细微差别。

使用这些方法，研究人员证实了从婴儿期到 92 岁的广泛人类大脑样本中存在未成熟的海马神经元，主要是一种称为颗粒细胞的类型。未成熟的颗粒细胞通常至少占颗粒的百分之几细胞群，甚至在老年人的大脑中。研究人员没有在成人大脑的其他区域发现大量未成熟的神经元。

该分析揭示了未成熟颗粒细胞基因活动特征的广泛模式，并显示了该模式如何在正常衰老过程中发生变化，在人和小鼠之间存在差异，以及在阿尔茨海默病中如何改变。与之前的研究一致，研究人员发现，阿尔茨海默氏症大脑中未成熟颗粒细胞在所有颗粒细胞中的比例大大降低——与年龄匹配的非阿尔茨海默氏症大脑相比，减少了一半以上。

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