引人注目的大脑神经研究模型

　　

生物通报道：在本周悉尼举行的环太平洋大学大脑和智力研讨会（Association of Pacific Rim Universities' Brain & Mind Research Symposium）上来自俄勒冈州立大学生物学家Nathan Tublitz的报告中说蛾、果蝇和头足类动物等无脊椎动物是研究大脑控制行为机制的有力模型。

 

Tublitz对今年发表的两篇文章（一篇为7月25日版《Integrative and Comparative Biology》到）中关于两种不同的大脑化学物质（谷氨酸盐和FMRFamide-related peptides）做了详细报道。这两种化合物特异存在于乌贼大脑posterior subesophageal mass，使乌贼（头足类）能够在不到一秒中的极短时间内改变皮肤的颜色和形式。

 

乌贼皮肤颜色的改变是由于星型细胞（star-shaped cells）中的色素体（chromatophores）引起的。特殊信号的输入，使色素体向细胞中释放色素颗粒，引起人类皮肤变黑、变色龙皮肤在绿色和棕色之间转变，然而这种转变对于变色龙来说需要几分钟，对于人类来说需要数小时。头足类动物拥有大约二百万个黑素体，可以直接对来源于大脑特定部位的化学信号反应。它们变换身体的颜色进行伪装，或者向同类/异类发送信号。

 

这种大脑中的特定部位类似于人类大脑皮层。“乌贼大脑控制身体的映射图谱与人类大脑皮层homunculus非常相似”，弄清乌贼大脑中的这些细胞根据输入信号决定身体形式，以及肌肉产生这些复杂行为的机制是非常必要的，有助于研究更复杂的人类大脑控制行为的机制。Tublitz研究的目的之一就是弄清复杂大脑信号，应用于人类，比如运动员的肌肉控制训练。

 

包括章鱼和鱿鱼在内的头足类动物有1亿个神经细胞，昆虫有10，000个神经细胞，人类有1万亿个神经细胞。“着眼于相似的大脑机制有助于我们寻找能够适用于人类的更广范围的概念。我们目前关于人类大脑在细胞水平的了解都是来自于对无脊椎动物的研究。”Tublitz的关于欧洲乌贼（Sepia officinalis）的研究只是为在系统水平研究大脑活动提供了一个实例。

 

Tublitz实验室的早期研究包括利用烟草天蛾Manduca Sexta（又称hawk moth）研究细胞的可塑性。“我们从烟草天蛾体内鉴定出一些神经细胞，这些细胞的形态、生化性质、生理功能以及传递信号的元件在烟草天蛾发生形变的时候会完全改变。” Tublitz认为推动这些改变的动力可能是甾类激素。

 

昆虫特别是烟草天蛾受研究人员的青睐的原因在于，它们只需很少的神经细胞即能完成复杂的行为。其神经细胞的体积是人类神经细胞体积的10－20倍，相对容易观察。并且昆虫一生中要经历三种不同的体态，三种体态虽然有其特定的行为方式 ，但是都是由同一个大脑控制的。Tublitz 说：“昆虫大脑必须及时调整并适应其身体形态。”

 

关于果蝇的研究中，最亟待解决的问题是：果蝇体内有一种起源于果蝇中胚叶的细胞，这些细胞有神经细胞的所有功能。多年来，神经生物学家潜意识里接受的“经典理论”认为神经元起源于胚胎外胚层。在果蝇中发现的这些细胞无疑是对经典理论的挑战。Tublitz 说：“这些中胚叶来源的细胞是神经细胞吗？对此我个人不敢回答，但是从我们已经得到的资料来看，答案应该是‘yes’。”（生物通记者 子元）