思元

核桃與大腦的褶皺相似又不同

說到人類大腦，你一定能聯(lián)想到這種堅果——核桃，它們的外形實在是太相似了，都有著層層疊疊的褶皺和深深淺淺的溝回，也難怪崇尚“以形補形”的中國人會認(rèn)為“核桃能補腦”了。但是其實兩者也不太一樣。

如果你拿幾個核桃來比較一下，會發(fā)現(xiàn)核桃的溝回是有差異的，它們長得并不一樣，可是大腦卻不是。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，人們的大腦長得都很相似，有的地方溝回很多，有的地方就相對平滑?？磥?，大腦也有一張“固定圖紙”，如果有人的大腦不按“圖紙”進(jìn)行折疊，他們很可能患病。

大腦折疊的“圖紙”

在生物的發(fā)展史上，神經(jīng)系統(tǒng)是一種重要的演化。我們認(rèn)為神經(jīng)系統(tǒng)越復(fù)雜的生物，它的演化等級越高。除了極少數(shù)動物，比如海綿類外，幾乎所有真核生物門的動物都具有神經(jīng)系統(tǒng)，哺乳動物不僅具有神經(jīng)中樞——大腦，還進(jìn)化出了能思考的大腦皮層。但人類的大腦皮層還是很特別，其他動物的大腦都不像我們這樣折疊成“核桃”，即使是人類的近親猿猴，也不像我們的大腦這樣“皺”。為什么我們的皮層尤其“皺”呢，是什么決定的？大腦的“圖紙”是怎樣的呢？

不用說，大腦的“圖紙”就是基因，它指揮著大腦按固定的步驟進(jìn)行折疊，其中有不同的基因參與大腦的折疊。德國馬克斯普朗克研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種只在人類身上存在的基因，這種名為“ARHGAP11B”的基因會讓人類大腦產(chǎn)生更多的腦細(xì)胞。當(dāng)腦細(xì)胞越來越多，大腦裝不下時，就會發(fā)生折疊。

然后，另外一些基因一步步指導(dǎo)大腦折疊。比如，德國馬克斯普朗克研究所和德國萊布尼茨聚合物研究所的科研人員發(fā)現(xiàn)，大腦總是從擁有蛋白聚糖連接蛋白、基膜聚糖和膠原蛋白這三種蛋白質(zhì)的腦細(xì)胞開始折疊，控制這三種蛋白質(zhì)合成的基因標(biāo)記著折疊的起點。

新西蘭奧塔哥大學(xué)的神經(jīng)學(xué)博士亞當(dāng)·奧尼爾則找到了另一個基因——PLEKHG6，這個基因能指揮腦細(xì)胞在正確的時間生產(chǎn)，去到正確的位置。奧尼爾在實驗室里改造了一個皮膚細(xì)胞，它原本應(yīng)發(fā)育成手部皮膚，通過改變這個細(xì)胞的基因表達(dá)，它將發(fā)育成一個“微型大腦”。接著，奧尼爾使PLEKHG6基因失效，發(fā)現(xiàn)“微型大腦”中部分腦細(xì)胞并沒有到達(dá)正確的位置，最終折疊出的“微型大腦”與正常大腦并不相同。

于是我們知道了，腦細(xì)胞的生產(chǎn)順序和所處位置也有“藍(lán)本”，腦細(xì)胞必須聽從指揮，到達(dá)正確的位置，這樣當(dāng)大腦按照“先生產(chǎn)，先折疊”的規(guī)律進(jìn)行折疊時，就會折疊出正確的形狀。

折疊出錯后果嚴(yán)重

正常人控制大腦細(xì)胞的基因是相似的，因此腦細(xì)胞生產(chǎn)順序和所處位置能保持一致，這樣不同人的大腦折疊后的形狀就會很類似，但是如果基因發(fā)生了突變，大腦折疊形狀變化了，發(fā)生精神疾病的可能性就會大大增加。

精神分裂癥是一種較常見的精神疾病，表現(xiàn)為精神失常、妄想和感知扭曲等，但許多其他精神疾病也有這些癥狀，所以光靠這些癥狀很難確診病人是否真的罹患精神分裂癥。并且精神分裂癥患者越早接受心理治療或者藥物治療，其病情好轉(zhuǎn)越快。因此如果有方法能更早確診精神分裂癥，將能大大提高該病治愈的可能性。

為此，許多科學(xué)家進(jìn)行了這方面的研究。加拿大西安大略大學(xué)精神病學(xué)副教授莉娜·帕拉尼亞潘研究發(fā)現(xiàn)，對大腦進(jìn)行核磁共振掃描，比較大腦褶皺形狀，有利于精神分裂癥的診斷。研究小組收集了瑞士123名測試者的核磁共振掃描數(shù)據(jù)，包括79名已表現(xiàn)出精神分裂癥癥狀但還未確診的潛在患者和44名健康人，結(jié)果發(fā)現(xiàn)他們的大腦折疊形狀不太一樣，在正常人褶皺較多的大腦區(qū)域，潛在患者的褶皺卻很少，大腦皮層很平坦，而相鄰區(qū)域則相反。4年后，參加過實驗的79名潛在患者中的16人確診了精神分裂癥。如果4年前潛在患者們能根據(jù)大腦褶皺形狀異常的體檢結(jié)果進(jìn)行預(yù)防，他們很可能不會發(fā)病。

我們的大腦皮層的腦細(xì)胞數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其他哺乳動物，這是我們智力突飛猛進(jìn)的原因，但與此同時，數(shù)量大增的腦細(xì)胞和復(fù)雜的腦部結(jié)構(gòu)也增加了我們患上精神疾病的風(fēng)險。在了解大腦結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，早預(yù)防早治療應(yīng)成為我們應(yīng)對風(fēng)險的重要手段。