就在剛剛過(guò)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(duì)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(gè)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(duì)記憶以及大腦對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制具有增強(qiáng)作用。

多年來(lái)，沃爾特拉一直在向他的學(xué)生講述被譽(yù)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(gè)實(shí)驗(yàn)室，并開(kāi)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(zèng)的器官。一次，在觀察腦切片時(shí)，他看到顯微鏡鏡頭另一端有一片“千絲萬(wàn)縷的叢林”。

當(dāng)他深入研究這片“叢林”時(shí)，最終提出了“大腦也是由單個(gè)細(xì)胞所組成的”這一新觀點(diǎn)，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(guó)《每日科學(xué)》網(wǎng)站刊文稱，該發(fā)現(xiàn)“撼動(dòng)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(gè)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(guó)家報(bào)》報(bào)道，只有1.5千克重的大腦中，大約有860億個(gè)神經(jīng)元與數(shù)萬(wàn)億個(gè)突觸相連。此前，科學(xué)界普遍認(rèn)為大腦是一團(tuán)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(guò)“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?qǐng)?bào)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(hào)，包括電信號(hào)的生成和傳導(dǎo)，以及與其他神經(jīng)元之間的連接。”劉石平說(shuō)，“我們所有的有意識(shí)或無(wú)意識(shí)的活動(dòng)，總體上依賴于神經(jīng)元對(duì)信號(hào)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。”

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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、支持神經(jīng)信號(hào)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(gè)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(gè)典型類別。

當(dāng)一個(gè)神經(jīng)元受到電刺激時(shí)，它會(huì)向與另一個(gè)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(hào)到化學(xué)信號(hào)的突觸傳遞，導(dǎo)致下一個(gè)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(tuán)隊(duì)宣布了他們的發(fā)現(xiàn)，一些神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞實(shí)際上也可以通過(guò)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(shuō)，它屬于星形膠質(zhì)細(xì)胞的一個(gè)亞群。所謂“混合細(xì)胞”，是因?yàn)樗m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(jī)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)生在一連串的幾個(gè)神經(jīng)元之間，則需要長(zhǎng)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(shí)間低于一秒，這更接近多突觸反應(yīng)。

有望改變對(duì)大腦功能的認(rèn)知

普里達(dá)認(rèn)為，這是“一項(xiàng)超越性的發(fā)現(xiàn)”，它將改變我們對(duì)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(dòng)，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(duì)于短期和長(zhǎng)期記憶形成以及運(yùn)動(dòng)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(duì)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(qiáng)調(diào)，這項(xiàng)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(lái)深入理解這種復(fù)雜性。

例如，全面開(kāi)展“腦圖譜計(jì)劃”來(lái)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(gè)物種中，但其功能可能存在差異。因此，開(kāi)展跨物種研究對(duì)于深入理解這些細(xì)胞的起源和演變過(guò)程具有重要意義。