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重建大脑

许多年来,大家一直认为我们的脑细胞(神经细胞)是在出生前产生的,也有一些例外的是在出生后一两年产生的,但是其后这一进程就被认为是终止了。大多数脑科学家认为,从那时起,大脑回路只能通过改变突触或者已有的细胞之间的联系来得以修改。按照这种观点,所有用来补充的细胞按照功能在结构上被组合在一起并形成主要的路径,组成大脑的“硬件”。而细胞之间具体的联系性质以及可以改变的突触是软件。

从二十世纪六十年代起,证据显示新的神经细胞可以在这一早期过后,甚至在成年期被添加进来。到了八十年代,在研究歌鸟的大脑与获取和产生学来的歌曲相关的部分时所获得的一些发现使这一证据变得更有说服力。这一发现一开始受到了质疑,但是歌鸟的数据证明这是可信的。

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那么如何来证明一个神经细胞是在某个特定时间产生的呢?身体内每个细胞都包含有DNA,它负责产生细胞要形成其功能所必需的蛋白质。尽管身体内的所有细胞的NDA都是相同的,但是不同的细胞类型只含有带有DNA密码的某个基因子集,这样就产生了皮肤细胞、肝细胞和脑细胞之间的区别。

当一个细胞要开始分裂时,比如在组织生长的时候,母细胞内的DNA必须被复制,就是说,新的DNA是被合成的。这样我们就有可能给细胞加入新DNA的某个积木,而在那个积木上贴上一些放射性的标签。然后,通过扫描大脑,每次当我们发现一个带有标签的细胞,我们就可以知道它是在我们在个DNA添加积木时产生的。

当我们给成年金丝雀加入带有标签的DNA积木,并且寻找本该早一两天产生的带标签的细胞时,我们没有发现这样的细胞。但是如果我们再等一段时间,比如说,一到三个星期(这根据具体是大脑的哪一部分来定),我们就能许多带有标签的细胞。这表明新的神经细胞不是通过已有的细胞的分裂产生的,而是在大脑的其他地方产生,然后迁徙过来的,而在迁徙过程中,它们并没有表现出是神经细胞。最初的新神经细胞至少需要一周时间才会到达其目的地,并表现出是成年的神经细胞。

然后我们试图识别处于其迁徙途中、将成为神经细胞的那些细胞。在过程中,它们的形状非常小并且被拉长了,这样可以使它们穿过其他的细胞。当我们发现产生新的神经细胞的那些细胞是一种神经干细胞时感到非常惊讶,因为我们一直认为这不可能在成年期发生,并且神经干细胞一只被认为是不会产生神经细胞的。

这一进程的一个不可思议之处在于在成年鸟和哺乳动物的大脑中脑细胞的总数一直是恒定的。新的神经细胞会替代死去的同一类型的老细胞——一个自然复壮的过程。

这里并没有什么医院存在。因为中风或受伤而突然损失许多脑细胞会严重影响动物的生存。看起来似乎成年大脑内神经细胞的替代并不会弥补因为疾病或损伤而产生的损失,而只是一个持续的更新过程——每天都有一些细胞被替代。

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这一观点是如此新奇,需要进一步的详细阐述。在成年的歌鸟大脑中,在任一时期我们都可以发现许多小的迁徙神经细胞正准备替代死去的细胞。每三个迁徙来的神经细胞中只有一个会替代死细胞,但是这种过量繁殖也许是有价值的,因为它能保证当一个可被替代的细胞死去时,在其附近,总有一个年轻的新细胞准备替代它的位置。就目前所知的情况,在所有脑细胞中,只有很小一部分是可以被替代的;而其他神经细胞死去的时候,它们并不会被替代。

我们现在知道了大脑有潜力产生新的脑细胞来替代死去的细胞。这种潜力可以被用来修补受伤的回路。世界各地的实验室正致力于研究如何把它用到临床上去——就是说诱导大脑产生所需要的任何种类的神经细胞并把它们送到正确的位置上去。这样不管是哪种类型的细胞,我们都可以有新的同一类型的细胞去替代死去的细胞。要实现这一目标还有相当长的路要走。

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