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大腦其實是兩個器官?震撼發現:人腦由 2 個獨立神經系統拼裝而成

科技新報

更新於 13小時前 • 發布於 13小時前

幾世紀以來,科學家一直認為人類大腦是單一發展的器官,源自發育初期一顆祖細胞,但史丹佛大學醫學院領導的新研究顛覆普世大腦發育模型,表明人腦是 2 個數億年來獨立演化的神經系統拼裝而成,一套負責思考,另一套負責生存本能。

成人大腦分為前腦、中腦、後腦/腦幹三大區域,功能天差地遠:前腦與中腦位於前側,負責語言、意識、抽象推理等「使你像個人類」的高階思維;後腦/腦幹位於後腦勺,是維持人類生命的系統,掌管呼吸、睡眠、心跳、飢餓感,並控制臉部、舌頭、喉嚨肌肉(影響說話與吞嚥)。

數十年來,科學家在實驗室如何都培養不出人類後腦(腦幹)神經元,阻礙相關絕症如:脊髓性肌肉萎縮症(SMA)、肌萎縮性脊髓側索硬化症(ALS,俗稱漸凍症)研究進展。如今世紀謎團破解,史丹佛大學醫學院團隊首次證明人類前腦、後腦在胚胎發育的最早期,就來自 2 個完全不同、互斥的祖細胞。

團隊先透過發育中的小鼠胚胎鑑定出 2 種不同大腦祖細胞族群,其中一個表達 Otx2 基因,注定發育成前腦和中腦;另一個表現 Gbx2 基因,負責形成後腦。更重要的是團隊分析這 2 種細胞的染色質結構(DNA 包裝方式),發現它們從發展最初階段就相互排斥,就像兩條永不交會的平行軌道。

團隊進一步研究人類胚胎發育最早期的原腸胚形成(Gastrulation)階段,發現人類後腦遵循另一條獨立發育路徑。

這項發現完美解釋為什麼科學家始終無法培養出功能性腦幹神經元,原因就在前腦、後腦根源不同,就像試圖把蘋果樹種子「轉化」成橘子樹種子一樣是不可能的任務。

有了這些新知識,研究人員首次成功在實驗室將誘導性多能幹細胞分化為功能性後腦運動神經元,真正展現後腦特徵:產生動作電位、識別後腦控制臉部和吞嚥肌肉的蛋白質。

研究人員也回顧過去 5.5 億年演化史,發現從雞、斑馬魚到生活在海底的腸鰓綱,都具備這種雙源大腦模式。而 6~7 億年前與人類分家的水母,其身體兩端本來就擁有 2 個獨立神經系統。

新研究可能徹底改寫我們對神經系統演化理解,大腦並非渾然天成的個體器官,而是一場精妙的拼裝工程,2 個數億年前就已獨立存在的古老神經系統被大自然巧妙放在同一空間。

論文發表在《自然-神經科學》(Nature Neuroscience)期刊。

(首圖來源:AI 生成)

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