|
人类的大脑是生命科学研究中最富挑战性的议题之一，笔者甚至认为，光是要让一般大众理解这个问题的挑战性，本身就是一件具有挑战性的事情。 没有最复杂，只有更复杂：我们的大脑结构众所周知，大脑是高度特化的神经器官，而人类大脑约由83~1000 亿个神经细胞所组成，人们之所以会思考、有人性，最根柢均源自于神经细胞间兴奋传导后的结果。神经细胞间的兴奋传导并非原汁原味，整个过程有点类似小朋友团康中常玩的传话游戏(telephone game) ──参赛者在次第传递的过程中，会对讯息内容有意无意地加料与删减，使得同样的讯息在不同传递路径下有着出人意表的答案，这正是孩子们喜欢这个游戏的主要原因。 不过，神经元之间的传话游戏玩得更为复杂。 首先，讯息的传递路线并非是单线的：1 个下游的神经元往往会同时接受数个上游细胞的讯息，这些刺激在加以综整后才会被传递出去。再者，同样的上游讯息，可能会因不同的下游细胞而有全然不同的解读，例如拥有兴奋性突触后神经电位(excitatory postsynaptic potential, EPSP) 属性的神经元会对上游讯息的到来呈现兴奋反应，而拥有抑制型突触后神经电位(inhibitory postsynaptic potential, IPSP) 特性的神经元则呈现压抑神经兴奋的结果。此外，神经系统的运作其实并不只单靠神经细胞而已，想要保持正常的运作，神经胶细胞 (glial cells) 的辅助也相当重要。 理解神经系统的运作基础如此大费周章，更遑论要理解神经系统中像是认知 (cognition) 等高层次功能的运作原理，因此需要在把议题搞得更为复杂之前，先行打住。 如同青春不复返，脑神经受损也无解？虽说大脑如此复杂，但有些更为直接了当的 YES ∕ NO 问题还是值得先行探索，毕竟大方向的理解有助于科学研究方向的决定，同时也能为人类带来希望。其中一项亘古以来的大哉问就是：成年人大脑中的神经细胞是否还能再生？ 好的，这个问题可以从很多方向来推测，虽然这些观察只能间接呼应问题。人们常说“老狗玩不出新把戏”，神经组织学的研究显示，人类大脑细胞间的突触在25 岁发展高峰后似乎会减少，是否会因此限制新事物的学习与发展，而这些突触的消失又是否意味着老化的开始？人类大脑是否有它的替补机制，像是有原始的、未分化的干细胞来对抗这样的老化现象？ 先前科学界对这些问题的答案是悲观的，从人类医疗的经验上来看，神经系统的损伤能够成功复原的比例其实相当有限。众所周知，像中风等急性脑损伤其实都有抢救上的黄金时间，一旦延误抢救时间，后续的预后状况会越差，这似乎暗示着大脑并没有什么修复机制。 被选中的癌症受试者，他们脑神经真的再生了 不过此概念在 1990 年代开始有了重大的转折。在征得受试者同意之后，当时的科学家们尝试着在5 位癌症末期成年病患身上注射一种特殊的化学药品──溴化去氧尿苷(Bromodeoxyuridine, BrdU)，并在这些癌末病人过世后研究他们大脑中BrdU 的所在位置。 BrdU 是一种人工合成的核苷(necleoside)，一种致癌物，可以在细胞进行DNA 合成时会被细胞误认为胸苷(thymidine)，进而嵌入合成中的染色体；所以，如果在大脑中发现细胞中的染色体含有BrdU 的成分，就意味着这些细胞在受试人施打BrdU 的这段期间正处于细胞分裂的状态，间接证明神经细胞再生的行为。 这是生命科学研究中惯常使用的，一种称为「短暂标记追踪分析法 (pulse-chase analysis)」的实验设计。透过这样的研究，科学家们在大脑海马回 (hippocampus) 中的齿状回 (dentate gyrus) 发现一群分裂旺盛的细胞，打破了以往人们对神经系统无法再生的既定概念。 可是杰克，一般人的脑神经也能类推吗？ 故事说到这里，我想大家都会准备相信，大脑即便到了成年，还是会有机会持续成长再生的。陆陆续续的证据也支持这样的论点，例如细胞学家的确从人以及其他动物的大脑中游离出神经干细胞(neural stem cells, NSC)，这种分化能力优异的细胞具有相当特别的细胞特性，在未分化的状态下，神经干细胞会聚集成团并且呈现悬浮的状态，这点相当的特别。 不过在论证上，前述的研究都仍有一些逻辑上的盲点，例如：BrdU 的人类大脑研究中，样本并不是取自“正常的”生理状态，海马回中分裂旺盛的细胞是否肇因于受试者先前临床上的癌症治疗手段？神经干细胞的出现固然令人兴奋，但人类的大脑是否真能终其一生保有再生能力？ 生命科学研究的实验设计上有时无法那么完美，毕竟这方面的研究是「掉脑袋」的研究，若没有癌末患者的自愿奉献，实在很难一窥人类大脑再生的奥秘，研究人员又有什么可以挑三拣四的呢？ 对于大脑中是否具有再生能力的问题，2018 年可说是相当有趣的一年。首先是科学家索雷尔斯(Shawn Sorrells) 与帕雷德斯(Mercedes Paredes) 等人于3 月份着文发表，宣称在捐赠成年人类大脑的海马回区域，无法发现任何神经再生的证据，认为先前研究对于大脑中存在持续分裂生长细胞的描述可能有误。 由于研究团队来自颇负盛名的美国加州大学旧金山分校，所以对学术界的震撼力可想而知。这篇文章收录在著名学术杂志Nature 当中，在研究上自然有其严谨度，且是作者们透过广大的合作关系，检查了59 个大脑样本，并利用组织染色及光学与电子显微镜观察后所作的结论。研究团队宣称，在海马回的区段中，新生的神经元数目随着年纪增长急速下滑，在13 岁龄的大脑检体中已经所剩无几，这是头一次利用同一种研究策略针对不同年龄的人类大脑样本进行地毯式的研究，在样本之间显然有较为一致的比较基础。 争论继续，新的研究发表持续出炉至此，所有人们所认知有关大脑再生的知识，又要反转了吗？笔者认为不需要那么快的做出判断。即便作者老练且小心地想要规避所有可能的争端，但要在逻辑上证明一件事情的不存在，其实并不容易，正如英国伦敦国家学院脑神经专家休瑞德(Sandrine Thuret) 博士所言：“没看到并不代表没有。”果然，在2018 年又相继的刊出2 篇结论截然不同的研究结果： 就在上述报告发布后 1 个月，一篇登载于《细胞干细胞》(Cell Stem Cell) 中的研究，宣称在人死后的大脑检体中发现新生神经元。 而在 7 月份，第三组研究团队于《大脑皮质》(Cerebral Cortex) 中发表文章，表示他们未在成人大脑的死后检体中发现任何新的神经元。 看到这里，读者可能觉得科学家好像很没用，怎么连这种存在与不存在的问题都说不清楚呢？其实生命科学的研究有它的复杂性，笔者认为，大脑的再生神经元随着年纪增长会衰退应该是大家都同意的事实，但衰退的速度及到达生命终点前能剩下多少，这个问题显然见仁见智。 科学界所追求的是“逼近的真”，随着科学的进展、方法上的革新，人们对科学的理解也才更为真确。就因为科学知识的取得是如此的大费周章，所以学术界对于造假事件才会如此的“零容忍”；一但学术讨论中渗入人工加料的错误讯息，科学家就必须花费更大的力气厘清讯息的真伪，最终将会拖累学术研究的进展。 |
|
|
