北京
来源：科技日报
科技日报记者 张梦然
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。
这一结论解释了实验室长期面临的后脑神经元培养难题。由于后脑祖细胞不能被前脑、中脑前体替代，过去试图把其他脑区前体“转成”后脑细胞的方案难以成立。研究据此改用多能干细胞沿后脑独立路径诱导，首次获得具有功能性的后脑运动神经元；培养细胞可产生动作电位，并表达识别面部、吞咽相关后脑区段的蛋白，为脑干疾病研究提供可操作模型。
该成果还对脊髓性肌肉萎缩（SMA）与肌萎缩侧索硬化（ALS）治疗有重要意义。SMA是1岁以下儿童主要遗传病死因之一，ALS多在40至70岁确诊，两者均可累及后脑神经元，患者逐渐出现吞咽困难，后期可因误吸导致肺炎，并最终丧失自主呼吸。过去后脑神经元供应不足，使药物与病理研究受限。独立祖细胞模型建立后，研究者可在培养体系中更稳定地生成相应神经元，进而观察退化机制并筛选干预手段。
在进化层面，团队回溯了5.5亿年以上资料，在鸡、斑马鱼、与人类共同祖先很远的橡子虫中均发现类似双源脑模式；水母约在6亿至7亿年前与人类分化，身体两端各有一套神经系统。研究认为，脊椎动物头部并非把单一神经系统简单扩大，而是把两个古老系统在空间上合并，形成表面统一，实际源头独立的大脑。
该框架不改变脑区解剖划分，但重新界定了发育起点，也为比较神经学和古神经演化研究提供基准。
【总编辑圈点】
从神经发育来看，我们的大脑，其实是两个器官拼在一起的。前脑、中脑是一套系统，后脑是另一套系统。两套系统从胚胎最早期就各走各的路，从没合并过，就像外表装进同一个头骨里，内部却像两台独立出厂的设备被塞进同一个机箱，也就是外壳共用，线路独立。这个认知也会带来研究上的转变，过去想让前脑细胞“改行”变成脑干细胞，路子走不通，因为两者出厂设置就不同。现在可以单独培养脑干细胞来做实验、筛药，ALS、SMA这类攻击脑干神经元的疾病治疗很可能会出现新的曙光。当然，这条结论未来还需更多胚胎数据进一步确认。
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