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研究了这么多年,科学家突然发现:人类大脑可能是“拼装”出来的?!

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大脑示意。丨Jec06, Wikimedia Commons
OpenStax,Anatomy and Physiology
史蒂文·霍金,21 岁时确诊 ALS。
来自论文
来自论文
后脑运动神经元的电信号。丨来自论文
深海柱头虫中的一种(仅为示意,非本研究物种)
前提是,这颗脑子我们还在不断使用。丨来自网络

人的大脑主要分三个区域:前脑、中脑、后脑。

前脑主要负责语言、意识和抽象推理,你的胡思乱想、诗和远方都来自它。后脑在颅腔后下方,大致构成脑干的主体,负责呼吸、心跳和吞咽等,是让人活下去的那部分。

几百年来,人们把脑视作一个整体器官。近几十年来,学界也认为这两块同出一源,都由胚胎早期的同一群祖细胞分化而来,只是后来承担了不同功能。



但 2026 年 9 月 18 日,斯坦福医学院骆凯尔(Kyle Loh)团队在《自然·神经科学》发表的研究推翻了这个模型:两者从原肠胚阶段起,就由两群互不重叠的祖细胞分别发育。

你可以简单理解为,前脑和后脑原来并不是“一家人”。

大脑是个啥器官?

大脑是一个统一的器官,这似乎是科学家们的共识。

为什么呢?

第一,大脑看起来就是一个整体。

一根管子膨大、分段、折叠,最后长成一颗连通的脑。肉眼所见,毫无接缝。



第二,有一套能打的实验模型。

1952 年,荷兰胚胎学家纽科普(P. D. Nieuwkoop)在两栖类胚胎上做了一个“搬家”实验:把一小块外胚层组织挪到宿主胚胎的不同位置,看它会长成什么。

结果很有意思——不管搬到哪儿,这些细胞几乎都长成了前脑一类的“头部”结构;只有搬到最靠尾端的神经板上,才会额外长出脊髓这类“后部”结构。

纽科普由此提出了“激活—转化”模型,可以概括成两步:

第一步,激活。一个信号先把外胚层“点亮”成神经组织,而它的默认模样就是前脑。

第二步,转化。另一个信号从尾端往前推,把其中一部分改造成中脑、后脑和脊髓。

换句话说,神经系统的出厂设置是“头”,“尾”是后来改装出来的。此后几十年,这两步都找到了对应的分子证据:

“激活”信号找到了。把已知的神经诱导因子(Noggin、Chordin、Follistatin)加到蛙类外胚层上,长出来的主要就是前脑。把 Noggin 和 Chordin 在小鼠身上同时敲掉,小鼠头部会严重残缺、前脑缺失,但后部神经组织通常还在——说明“激活”主要负责的是头。

“转化”信号也找到了。视黄酸、Wnt 和 FGF,三类信号沿身体前后轴形成梯度,合力把神经组织推向“后部”命运。1989 年,有研究者用视黄酸处理爪蟾胚胎,胚胎变成了小头畸形:前脑和中脑没了,整条身体的“尾部命运”往前挪了一截——正是“转化”过头的表现。

有了这套理论,实验室培育神经细胞的路线也跟着统一起来:先拿到神经祖细胞,再用后部化信号把它们一步步“劝”成后脑细胞。

但问题恰恰卡在这里。后脑细胞能“长”出来,科学家却始终没办法培育出后脑里一类特定的神经元——菱脑节 6 的运动神经元。它们通过第九对脑神经(舌咽神经)伸出去,管的正是吞咽所必需的那几块肌肉。

这块空白直接拖慢了对脑干疾病的研究,比如脊髓性肌萎缩症(SMA)和肌萎缩侧索硬化症(ALS,俗称渐冻症)。这两种病都会让后脑的部分神经元逐渐失灵:患者先是无法吞咽,食物和液体误吸进肺引发肺炎,最终失去自主呼吸。(注:ALS 实际不止损伤后脑,还累及前脑)



后脑原来另有出身

合成不出后脑的神经元,有没有可能从源头上就错了?就好比用中筋面粉做蛋糕——能做,但做出来总有一股馒头味(别问我怎么知道的)。

斯坦福团队的突破口,是把目光往前挪到原肠胚阶段,从神经系统分化的最早一步看起。

他们在发育中的小鼠胚胎里找到了两群不同的脑祖细胞:一群表达Otx2 基因,日后长成前脑和中脑;另一群表达Gbx2 基因,日后长成后脑。关键在于,早在能观察到的最初阶段,这两群细胞就已经各占一地、互不重叠——这是目前最有力的证据。



再看染色质,差别更加明显。染色质决定了细胞里哪些基因能被读取、哪些被封存。前神经外胚层(未来的前脑和中脑)与后神经外胚层(未来的后脑)的染色质结构完全不同——也就是说,两群细胞从一开始就被设定在了不同的发育轨道上。

这是第一次有证据表明:脑的前部和后部,来自两种不同的祖细胞。

旧模型说,神经组织的默认状态是前脑,后脑是从前脑“改装”而来的;新发现却说,后脑有自己独立的出身,并不经过前脑这一站。



看懂了源头,路线就得重画。研究人员不再把默认的前脑细胞往后“推”,而是顺着后脑自己的那条源头走,终于成功让人类多能干细胞(一种能分化为人体任何细胞的细胞)分化成了功能性的后脑运动神经元。这些细胞在实验中首次产生了动作电位——神经元特有的电信号,并合成了后脑特定区域的标志蛋白,而这些区域正是控制面部和咽喉肌肉的。



5.5 亿年前,这套设计就存在了

这套“双源头”的设计,不是人类独有。研究人员把目光投向进化史:猕猴、鸡和斑马鱼的胚胎里,同样有这两群祖细胞;连柱头虫——一类生活在海底、与人类只有遥远共同祖先的小生物——也不例外。这意味着“前脑一套、后脑一套”的格局,至少已经存在了 5.5 亿年。

换句话说,进化并没有从零设计一颗脑,而是把两套现成的神经系统挪到一起、拼成一件。通讯作者骆凯尔说得很直白:“把脑做成一个器官可能更高效,但我们继承的就是这种原始的拼装方式。”



这项发现,也为毁灭性脑干疾病的研究提供了新工具。脑干组织很难从活体患者身上获取,如今能够在培养皿中培养这些细胞,研究者就有机会更直接地观察它们如何发生病变,并探索可能的干预方法。

后脑还与一个更日常的话题有关:体重。这里分布着参与调节饥饿感和进食行为的神经回路,司美格鲁肽等药物的作用也涉及这些回路。更好地理解后脑,或许还能帮助我们弄清楚,身体究竟如何决定“还想吃”和“吃饱了”。



参考文献

[1]Jokhai R T, Dundes C E, Ahsan H S, et al. Two parallel neural ectoderm progenitors contribute to the developing brain. Nature Neuroscience, 2026. https://doi.org/10.1038/s41593-026-02433-7

[2]Krista Conger. Human brain is two separate organs, Stanford Medicine-led research finds. Stanford Medicine,2026-09-18.

[3]J. Gordon Betts. The Embryologic Perspective. OpenStax,2022-04-20.

作者:卓京鸿科普创作者

来源:科普中国

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