科学网—人脑竟然可视为两个独立的器官
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2026-9-24 07:04
| 系统分类: 海外观察
人脑竟然可视为两个独立的器官
美国斯坦福医学院领衔的一项研究发现人脑竟然可视为两个独立的器官，这对传统发育观中 “大脑是统一器官”提出修正。研究结果显示，人脑的前脑、中脑与后脑并非来自同一早期祖细胞体系，后脑拥有独立发育路径。该成果18日刊发于《自然·神经科学》。
成人大脑通常分为前脑、中脑和后脑。前脑承担语言、意识与抽象推理等高级功能；后脑即脑干，管理呼吸、睡眠、心跳、饥饿，以及面部、舌、喉肌肉活动，直接影响言语和吞咽。过去数十年，主流模型认为发育早期存在单一祖细胞，衍生出全部脑区。
新研究观察培育小鼠胚胎最早 “原肠”阶段后发现，形成前脑和中脑的前体表达Otx2，形成后脑的前体表达Gbx2，两组细胞从最初便分开，不重叠、不互相转化。对前神经外胚层与后神经外胚层的染色质比对进一步显示，两者在基因可及性配置上存在根本差异，相当于在最早阶段把各自命运固定在不同轨道上。
Jokhai, R.T., Dundes, C.E., Ahsan, H.S. et al. Two parallel neural ectoderm progenitors contribute to the developing brain. Nat Neurosci (2026).
大脑不同区域彼此分化发生的时间和方式仍是未解之谜：是由一个共同的神经外胚层祖细胞产生整个大脑，还是存在多个神经外胚层祖细胞、各自被限定形成特定脑区？我们对小鼠胚胎开展的谱系示踪研究支持后一种模型 ——在原肠胚形成期间，两个平行的脑祖细胞同时出现：前部神经外胚层（前脑/中脑祖细胞）与后部神经外胚层（后脑祖细胞）。
将人多能干细胞分化为前部或后部神经外胚层样细胞后发现，两者分别被限定为前脑 /中脑谱系与后脑谱系命运；这些细胞携带着彼此分化的染色质景观，预示其未来的前脑/中脑与后脑身份。我们进一步将人多能干细胞分化为后脑菱脑原节5/6特异运动神经元——此类神经元此前一直难以在体外生成。
因此，我们提出假说： 大脑是一个由两个谱系受限祖细胞衍生的复合器官；这对双重祖细胞可能从半索动物到哺乳动物跨越 5.5亿年的进化历程中高度保守。
大脑 “双起源”改写发育认知
据英国《新科学家》周刊网站 9月18日报道，我们的大脑或许是两套古老神经系统融合形成的复合体，数亿年前二者被整合为一体。
该结论基于如下发现：人类以及其他多个物种的大脑前部与后部区域，在胚胎阶段由两种截然不同的细胞发育而来，并非过去认为的拥有相同的发育起源。
美国斯坦福大学的凯尔 ·洛表示：“我们的研究表明，演化过程将两套业已存在的神经系统，在空间上整合到一起。大脑若作为单一器官发育，效率或许更高；但我们的大脑仍沿用这套原始模式，由两个独立部分发育形成。”
洛及其同事研究了小鼠胚胎发育的早期阶段，发现小鼠大脑由两类早期祖细胞发育而来。这两类祖细胞属于增殖性细胞，自我更新能力有限。
其中一类祖细胞表达名为 OTX2的基因，分化形成大脑前部区域（前脑和中脑）的神经元；另一类表达名为GBX2的基因，形成大脑后部区域（后脑）的神经元。
随后，研究人员利用培养皿中的人类细胞开展实验，发现人类后脑神经元与前脑、中脑神经元同样由不同的祖细胞发育而来。
洛表示： “我们首次证实，大脑前部和后部区域起源于完全不同的祖细胞群体。”
这一发现也解释了为何实验室很难培育人类后脑组织。洛称： “其实，是一名学生在暑期的一次失败实验，让我们开启了这项研究。”
他表示，研究人员以往一直试图用那些注定要发育为前脑和中脑神经元的祖细胞来培育后脑神经元，而这是行不通的。
有了这一认识，研究团队选用正确类型的祖细胞，首次在培养皿中培育出具备功能的人类后脑运动神经元。
后脑负责调控呼吸、睡眠、进食和心跳等维持生命的基础生理活动，而前脑则是高级思维活动的中枢。肌萎缩侧索硬化（简称 ALS，又名渐冻症，是最常见的运动神经元疾病类型）和脊髓性肌萎缩症等疾病之所以会造成患者言语和吞咽困难，正是因为它们影响了后脑。
近来科学家还发现，诺和泰、韦戈维这类 GLP-1药物正是通过作用于小鼠后脑，实现抑制食欲的效果。
洛表示，由于在培养皿中培育人类后脑神经元变得更加容易，这将有助于 ALS与脊髓性肌萎缩症的研究，并让我们得以探究GLP-1类药物在人体内发挥作用的具体机制。
研究人员还研究了鸡、斑马鱼和柱头虫的早期胚胎，发现它们的神经系统同样源自两类不同的祖细胞。
这表明，我们与这些动物共有的这种 “双起源”脑系统，至少在5.5亿年前便已形成。
而大约在 6亿至7亿年前就与我们分道扬镳的水母，至今仍拥有两套彼此独立的神经系统。
洛认为，在我们远古祖先身上，两套神经系统合二为一，可能是因为这提升了整体的信息处理能力。他说： “当各部分彼此靠得更近时，信号传递就会更高效。”
洛表示，大脑沿着两套独立路径发育，或许还促进了复杂思维的演化。
他解释说，后脑负责维持生存所需的全部基础功能， “演化过程得以在前脑上开展各类‘尝试’，历经试错，从而催生出记忆、创造力这类高级功能”。
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