美国大脑研究计划忽略神经胶质引发争议

　　近日，Nature刊登了NIH神经系统发育和可塑性部主任R. Douglas Fields的评论文章Neuroscience: Map the other brain。该文章重点指出，美国的大脑图谱计划可能过分强调神经元的描述，忽视大脑内胶质细胞重要作用，这或许导致该计划最终难以产生预期的效益。

　　大脑研究计划是美国总统奥巴马在今年4月宣布启动的，其目的是进行人类和实验动物大脑精细图谱和神经连接功能的分析。但是自该计划被提出后，许多学者提出了自己的疑虑，因为绘制脑图要比人类基因组计划的复杂程度高得多，而且该计划所具有实用性也不够确定。

　　Douglas认为探索神经网络并开发相应的研究技术具有重要的意义，应当大力支持。但简单对神经连接并不能从实质上解决该计划承诺解决的问题，例如理解感知、意识、记忆的机理，以及开发出治疗癫痫、抑郁症和精神分裂症的方法。

　　可能导致该计划失败的一个巨大的绊脚石就是研究计划设定时没有考虑到除1000亿神经细胞外的更多不直接参与电活动的神经胶质。这些神经胶质分布在神经连接体周围，一般记录神经细胞电活动的手段很难对这些细胞活动进行有效记录。这类细胞自从19世纪中叶被视为结缔组织而发现后，在人类尝试理解神经信号传递的过程中，它们的功能一直被忽视。

　　许多研究发现胶质细胞可以感受到神经电活动并对神经电活动产生影响，并参与调节学习记忆等各种重要的神经系统功能。在脑损伤和疾病中，胶质细胞甚至起到核心作用，例如精神分裂症和老年性痴呆，而在过去，传统认为这些疾病源于神经细胞的功能衰退。而“胶质细胞(Glia)”这个词在奥巴马的脑研究计划公告中根本没有出现，在2012年和2013年重要期刊上发表的白皮书中也没有踪影。这意味着神经科学家需要拓展研究思路，加深对研究举措的思考。

　　神经胶质的巨大作用

　　大脑内主要含有三种类型的胶质细胞，包括少突胶质细胞、小胶质细胞和星形胶质细胞。这些细胞的作用是通过化学递质、缝隙连接、离子通道与神经细胞进行离子和小分子的相互传递。

　　少突胶质细胞构成包围在神经轴突周围的神经髓鞘，髓鞘的绝缘作用可以极大地加快神经电活动传递速度，是神经正常发挥其功能的重要保障。

　　早在几十年前，生物学家们就已经认识了小胶质细胞。它是大脑的免疫细胞，对大脑的感染创伤产生反应，可清除因疾病导致的受伤组织，也可释放一些可促进神经修复的物质。但是，去年的一项动物实验研究发现，小胶质细胞对正常视觉神经突触的发育和功能重建也发挥着重要的作用，但取决于动物出生不久时的视觉经历。

　　此外，多项研究已表明，星形胶质细胞通过影响细胞外钾离子浓度调节神经电活动传递，也可以对局部血流量、神经递质和神经调质、营养物质传递和细胞间的体积产生调节作用。这些功能都可以影响神经系统的通讯和可塑性。

　　在今年2月在弗吉尼亚州阿灵顿举行的关于胶质细胞生物学研讨会上，神经元可塑性和计算神经科学领域的专家聚集在一起，经过讨论，大部分学者一致认为和神经电活动的快速反应不同，胶质细胞由于其复杂的分支结构及化学信号(相对于电信号)的变化相对缓慢，而这种相对缓慢的变化可能恰恰是许多重要神经系统功能如学习记忆等所必须的，而这一过程通常需要几小时、几天甚至几周，而不是几毫秒或几秒。

　　一些开创性的研究甚至能够瞥见胶质细胞可塑性和信息处理机制。举例来说，已有研究小组在致力于体外环境条件下，轴突的脉冲流量通过神经胶质控制其髓鞘形成的相关研究。因为髓鞘能够决定电气信号通过轴突时的速度，因此这就决定了在同一时间一个神经元可以输入的信息量，这一过程就是学习和神经元可塑性的基础。当人们在电脑游戏中学习到新的技能时，他们的大脑会发生相应的变化。

　　科学家表示他们才刚刚开始了解星形胶质细胞的多样性、连通性和功能性。一些研究表明，星形胶质细胞具有加强大脑信息处理高阶组织的解剖和生理特性。在灰质的大脑皮质和海马，星形胶质的组织没有重叠。这样的组织形式的生理学意义目前仍然是未知的，但一个人的星形胶质可以涵盖并影响两万个突触。其实，人的星形胶质细胞明显不同于其他动物。在一系列的测试中，用人类星形胶质细胞取代老鼠的星形胶质细胞，老鼠具有了更强的学习能力。

　　神经科学家们已经知道神经胶质会导致某些疾病。大脑内几乎所有的癌变都起源于神经胶质;多发性硬化的关键问题就是少突胶质细胞受损;HIV相关的神经系统疾病中，爱滋病病毒可感染星形胶质细胞和小胶质细胞，而不感染神经细胞;许多神经性疾病，现在也涉及神经胶质细胞，如自闭症、运动神经元侧索硬化症、早老性痴呆、慢性疼都和胶质细胞关系十分密切;另外这同样适用于其它各种发育和精神疾病如精神分裂症、抑郁症和强迫症。

　　神经胶质不可忽略

　　测绘和监测整个人类大脑皮层所需要的资金支持可以与人类基因组计划相媲美：38亿美元。如果公众不能理解这项研究的好处或者成本不现实，他们是不会支持这样一个需要重大资金支出的科研项目。通过1993年美国国会取消了数十亿美元的建立超导对撞机项目就可以看得出来。

　　很少有人认为我们有必要了解人类大脑。大脑是人体最大的不解之谜，智障、脑肿瘤、脊髓损伤、老年痴呆症和精神疾病几乎存在于每个人的周围。但目前看来，大脑研究计划有失败的风险——无论是科学还是公众支持方面。

　　今年6月在纽约举行的世界科学节，一位与会者坚持认为，神经胶质的相关信息将是神经元映射和跟踪记录神经元连接技术开发的副产品。利用新的方法如电压敏感染料或纳米颗粒来监测神经元的电信号，对于了解不使用电脉冲的神经元不会有多大的用处。正是这种观点使得人们一直以来对于神经胶质都不甚了解。

　　此外，研究项目将神经胶质细胞排除在外更凸显了一个常规性的问题：多次测量足够数量的神经元才能揭开神经元产生的“意外”的神秘面纱并治愈疾病，而不是简单地“每次测量一个神经元”。更好的理解和新的治疗方法需要正确假说的导向。

　　在脑映射过程中，第一要务是调查未知的领域。我们所了解的只是大脑奥秘的一半，大脑研究计划很可能扩展到这一陌生领域。“大脑”探索必须与神经胶质一起研究，而不能把神经胶质研究当做是一种副产品。