成人大腦是否具有生成新神經元的能力？這場「世界之爭」還將繼續

1928年，現代神經科學之父聖地亞哥·拉蒙-卡哈爾（Santiago Ramón y Cajal）宣稱，成年人的大腦永遠不會產生新的神經元。他寫道，「一旦發育結束，增長和再生的源泉……就不可挽回地枯竭了。在成年人的大腦中，神經通道是固定的、終止的和不可改變的。一切都必然凋零，或許沒有什麼可以再生。」

90年過後，我們仍不清楚拉蒙-卡哈爾的說法究竟是對，還是錯。

小鼠的神經元

數十年來，科學家一直認為，胚胎和嬰兒的大腦都會進行「神經發生」（neurogenesis，即生成新的神經元），但在成年後便會戛然而止。但從上世紀80年代開始，這一觀點逐漸受到了質疑。研究人員證實，神經發生會在多種成年動物的大腦中出現，並最終發現，成年人類大腦中存在形成新神經元的跡象。據推測，海馬體每天會生成數百個神經元——這是一個形似逗號、與學習和記憶有關聯的腦區。成年人的大腦中依然存在神經發生，這一概念如今已被廣泛接受，你甚至可以在市面上找到號稱能促進這個過程的飲食和鍛煉方案。不難想見，就連TED大會上都有一場演講對此進行了討論。

現在，麻煩來了：新神經元的生成可能並不存在。

在一項迄今為止最大規模的研究中，加州大學舊金山分校研究人員阿圖羅·阿爾瓦雷斯-拜拉（Arturo Alvarez-Buylla）領導的團隊在數十個成年人類的海馬體樣本中，都未能找到任何新神經元的蹤跡。「如果神經發生會在成年人類身上繼續進行，那麼它也是極其罕見的。」阿爾瓦雷斯-拜拉說，「它不像人們所說的那樣強有力，也不會是你跑跑步就能增加神經元的數量。」

上圖為阿爾瓦雷斯-拜拉的研究結果：綠色的是人類海馬體中的新神經元，紅色的是成熟的神經元，在成人的海馬體中已經沒有新神經元

毋庸諱言，這是一個極具爭議的觀點。「由於鑒別新神經元很難，因此我們常常會得出結論，認為某個特定物種在成年後不會再有神經發生。」美國國家心理健康研究所的希瑟·卡梅隆（Heather Cameron）說，「這種情況曾出現在老鼠身上，然後是人類之外的靈長類動物，但現在，我們普遍認為這兩個物種的成年海馬體中，都存在神經發生現象。」

洛克菲勒大學的費爾南多·諾特博姆（Fernando Nottebohm）有著不同的看法，他是第一批通過研究金絲雀大腦，確定動物成年後神經發生的確存在的科學家之一。阿爾瓦雷斯-拜拉曾是他的學生，對於其最新的研究成果，諾特博姆稱讚說，「這是一流的。」

在阿爾瓦雷斯-拜拉離開諾特博姆的團隊並組建自己的研究團隊後，他發現嚙齒類動物的嗅球會不斷生成新的神經元（嗅球是參與嗅覺的腦區）。但在人類身上，嗅覺神經元的「源流」是有限的：在嬰兒身上有，但成年人卻變得乾涸。大腦額葉也是一樣，它控制著我們最重要的思維能力，位於大腦的最前端。在人類發育早期，大量新的神經元會不斷湧向大腦額葉，但隨著人類發育成熟，這一過程便會停止。

此後，阿爾瓦雷斯-拜拉把注意力轉向了海馬體，這是大多數成體神經發生相關研究的核心。他的同事肖恩·索雷爾斯（Shawn Sorrells）和梅塞德斯·帕雷德斯（Mercedes Paredes）對17個成年人的大腦樣本進行了分析，這些樣本來自一批遺體捐獻者。他們試圖尋找新神經元或是製造這些神經元的幹細胞中所特有的分子，然而讓他們感到意外的是，他們什麼都沒有找到。「即使在保存最完好的樣本中，我們也沒有找到任何神經發生的證據。」帕雷德斯說。

但對兒童、嬰兒和胎兒來說，情況就有所不同了。在19個處於發育早期階段的大腦樣本中，索雷爾斯和帕雷德斯在海馬體中找到了新神經元的明顯跡象。但即使在那個階段，人類與親緣關係最近的動物也存在著差異。在獼猴身上，海馬體中的神經幹細胞會聚集成一個漂亮的綬帶狀結構，不斷產生新的神經元。這個結構會在獼猴幼年時期崩潰，到了成年時期，就基本消失殆盡了。但在人類身上，似乎根本不會形成這種綬帶狀結構。

就此而論，人類並不孤單。最近的一項研究表明，鯨魚和海豚成年後也不存在神經發生。我們很容易注意到，鯨魚、海豚和人類都具有較高的智力，並且懷疑這是否跟缺乏新神經元有關。而鯨魚、海豚和人類還存在著另一個共同特徵：就哺乳動物來說，我們的嗅覺都很差。「也許海馬體中的成體神經發生與嗅覺有關，而人類的嗅覺並沒有那麼重要。」阿爾瓦雷斯-拜拉說。

不過，舉反證總是很難，而其他研究人員也沒有被該團隊的研究成果說服。「他們並不是真的在衡量成體神經發生。」美國索爾克生物研究所的弗雷德·蓋奇（Fred Gage）說。相反，他們是在已經死亡的大腦中尋找作為新神經元和細胞分裂標記物的蛋白質。那是「出了名的困難」，蓋奇補充道，因為這些蛋白質可能會在機體死亡後降解。

對此，帕雷德斯反駁說，她分析了兩個用固定劑灌注的大腦樣本（之所以這樣，是為了防止大腦組織腐爛）。而且，她還分析了22名活體患者的樣本——12名成年人、7名兒童和3名嬰兒——為了治療嚴重的癲癇，他們的一部分腦組織經手術切除了。這些腦組織顯然屬於活體，而它們也沒有顯示出成體神經發生的跡象。關鍵是，帕雷德斯指出，他們成功地在嬰兒和胎兒身上發現了神經發生。也就是說，他們的技術並非沒有檢測到任何東西；更確切的是，成年人身上沒有什麼東西可供檢測。

蓋奇補充說，成體神經發生會受到個體狀態的影響；跑步可以促進它，而壓力則會造成阻滯。「要是能知道個體在死亡前的狀態就好了。」他說道。諾特博姆也持類似看法，他說，「在某些條件下產生的陰性結果並不意味著，在其他條件下產生的結果也會一樣。」儘管如此，他指出，那些支持「成體神經發生說」的早期研究也沒有提及受試者的狀態；這似乎是面對矛盾性證據時，對這些信息施以雙重標準。

最後，蓋奇和其他研究人員表示，還有其他一些證據表明，人類的成體神經發生是真實存在的。例如，1998年，蓋奇和同事對五名注射了溴脫氧尿苷的癌症患者的大腦進行了研究（這種化學物質可以被吸收到新生成的DNA中）。結果，他們在患者的海馬體中發現了溴脫氧尿苷的蹤跡，並據此認為，這表明該區域的細胞正在分裂、產生新的神經元。

或許最令人回味的證據來自冷戰時期，而且是一次無心之舉。上世紀五六十年代的核試驗向大氣中釋放了大量的碳-14，這是一種無害但具有輕度放射性的碳同位素。這些碳-14被植物吸收，並由此進入食物鏈，最終出現在了那個年代的人們的細胞當中。瑞典卡洛林斯卡研究所的喬納斯·弗瑞森（Jonas Frisén）利用這些放射性同位素對活體組織進行碳素斷代，計算出了它們的年齡。2013年，他得出結論稱，成年海馬體確實會生成新的神經元，每天大約700個。

與此同時，其他一些研究人員之前就嘗試過阿爾瓦雷斯-拜拉團隊所做的實驗——對新神經元和細胞分裂產生的分子進行標記——並發現了陽性結果。德國德累斯頓工業大學的格爾德·肯佩曼（Gerd Kempermann）說，「其他人利用一種實驗方法奏效了，雖然我們利用同樣的方法沒能奏效，但不能因此就得出肯定的結論，認為某種現象完全不存在。」

然而，索雷爾斯和帕雷德斯表示，之前的那些研究本身就存在問題。例如，溴脫氧尿苷有時候可能標記的是死亡的細胞而不是分裂的細胞，從而產生神經發生的假信號。其他標記物也許意外標記了一種名為神經膠質的腦細胞，而非神經元。對碳-14的研究則「十分複雜，而且容易受到污染」，阿爾瓦雷斯-拜拉說。要想成功完成實驗，你需要精確識別神經元並收集其DNA；如果你錯誤地選擇了不同類型的細胞，你就會得到一個誤導性的答案。

悉尼大學的格雷格·薩瑟蘭（Greg Sutherland）對此表示贊同。2016年，他使用類似的實驗方法，得出了跟阿爾瓦雷斯-拜拉團隊類似的結論。「基於固有的偏見，兩名科學家在研究成人大腦中的小概率事件時，可能會得出不同的結論。」他說，「但是，當面對嬰兒大腦和成人大腦的巨大差異時，我們只能得出這樣一個結論，即（神經發生）在成年人身上是一個退化的過程。」

「我想這場辯論將會持續一段時間，只有當技術發展到允許我們對活體人類大腦中的新神經元進行成像時，這場討論才會平息。」普林斯頓大學的伊麗莎白·古爾德（Elizabeth Gould）補充道，她曾對嚙齒類動物的神經發生進行過研究。

阿爾瓦雷斯-拜拉也認為，我們還需要完成大量研究。即使成年人類身上不存在神經發生，但它確實存在於嬰兒和其他動物身上。如果成年人不會產生新的神經元，那我們是如何學習新事物的呢？此外，我們能否找到辦法來恢復生成新神經元的能力，以此治療中風、阿茲海默症以及其他神經退行性疾病？「神經發生正是我們在治療腦損傷時想要誘發的過程。」阿爾瓦雷斯-拜拉說，「如果它不存在於那裡，你要如何去誘發呢？」

翻譯：何無魚

校對：其奇

編輯：漫倩

來源：The Atlantic

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