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海兔,告诉我大脑的秘密  

2007-01-19 17:52:00|  分类: 视野 |  标签: |举报 |字号 订阅

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海兔,告诉我大脑的秘密
 
海兔身上发现了老年痴呆症、帕金森病基因
  
 
 www.thebeijingnews.com
 2007-1-15 15:26:54  来源: 新京报 
 
  
 
 
 
海兔,这一生活在珊瑚礁上的甲壳类软体动物,尽管长度仅为20厘米,有2万个神经细胞,早在多年前就被用作认知脑和认知行为的模式生物。近日,神经生物学家埃里克·坎德尔再次在海兔的神经细胞中,解读出生物进化的密码:将海兔与人类大脑基因进行比照研究后,发现两种动物有着共同的祖先。这一研究成果发表在最近一期《细胞》杂志上。
 
坎德尔等科学家指出,在进化之初,众多生物有着共同的神经元基因,只是在物种演化进程中,有些被遗失了,有些却依然保留。除此,科学家还在海兔神经元中发现与人类精神疾病相关的基因,相似度高达70%以上。科研人员希望由此能为治疗老年痴呆症、帕金森病等带来福音。
 
 海兔,告诉我大脑的秘密 - 新知周刊 - 《新京报·新知周刊》 
与人类有点风马牛不相及的海兔成为研究人类大脑的黄金模式生物。
 
 
大脑活动的“代言人”
 
大脑是人身上最难研究的部分,却也是人真正认识自我所无法逃脱的领域。长期以来,采取何种方式才能准确研究人脑,一直困扰着科学家。
 
在有关大脑研究过程中,有过很多不得已的误解,大脑的神秘性也正在于此。就拿精神分裂症来说,人类历史上第一个治疗精神分裂症的特效药,就是在误解精神分裂症病人大脑中多巴胺的分布情况下一直被用了50年。
 
正面攻击存在难度,科学家开始采取侧面进攻策略。研究表明,不同物种的脑虽然在形态上迥然不同,但是在基因水平上却有很高的同源性,从而使脑具有相似的基本功能。由此,在脑与认知科学中选择何种模式生物就成为至关重要的一环。
 
2000年诺贝尔生理学与医学奖得主坎德尔教授选择了海兔作为模式生物,成功地将各种行为包括将来的学习行为与可塑性结合起来进行研究,确定了短时和长时记忆是如何储存在神经系统中的。
 
海兔,是一种海洋无脊椎动物。上世纪中叶,神经科学研究已经知道海马体在记忆形成过程中发挥着核心作用。但是尽管如此,要想在拥有1000亿个神经细胞的人脑中研究记忆的形成依然难度极大。在这以后的20多年中,研究人员还是没有弄清楚其中的原因。
 
停滞了20多年后,坎德尔独辟蹊径,选择了只有2万个神经细胞的海兔作为自己的实验对象。坎德尔指出生物学中关于记忆储存这一块就像一个黑洞,在25年前我们对它几乎一无所知。而海兔这种海洋生物的神经细胞相当大,研究人员不需借助显微镜,即可用肉眼观察到。事实上,坎德尔刚提出用简单生物来解决复杂问题的模式时,遭到了许多人怀疑,与坎德尔共事多年的一位同事说:“这在当时是个很大胆的工作,因为大多数人都还在研究很基本的问题。”
 
不过,正如坎德尔所分析的,海兔成为研究大脑的黄金模式生物,在某种程度上,海兔成为大脑活动的代言人,至少在短时和长时记忆是如何储存在神经系统中这一复杂的认知活动上是这样。而埃里克·坎德尔,也正由于在研究记忆形成的分子机制上取得的成就,获得了2000年的诺贝尔生理学与医学奖。
 
海兔也有老年痴呆症
 
自此,海兔的神经细胞更是被科学家搬进了实验室。对海兔神经元的研究,提示了大量有关单个神经元行为和神经网相互关系的知识。由此,有人推测,人类复杂的大脑功能也许只有在海洋无脊椎动物简单神经网络的基础上才能最后弄清楚。而作为开创这一模式生物的元老坎德尔也没放弃对海兔的研究。此次,坎德尔和同事在对海兔与人脑神经元进行深入研究后,发现海兔存在与人类帕金森病等精神疾病相似的基因。
 
在动物王国里,海兔的脑细胞或者说神经元是最大的,有一毫米的大小。坎德尔与佛罗里达大学的莱欧尼德·莫洛泽(LeonidMoroz)组成了一个研究团队,科研人员用16英寸长的加利福尼亚海兔作为研究对象。“直到现在,我们对基因是否令神经元彼此不同,还是所知甚少,”坎德尔表示。海兔拥有几种记忆的能力,也一直在用作研究记忆的模式生物,而大脑研究早已发展到基因层面,类似老年痴呆症、帕金森病等神经疾病,均与基因有关。也许现在该换换思路了。
 
这一转化,又有了吃惊的发现。研究人员发现,在海兔的脑细胞中共有1万种基因。研究人员在分析了168种神经疾病的146个基因后发现,在海兔的神经元中也发现了相关的104个基因,相似度高达70%以上。老年痴呆症、帕金森病的基因都在海兔中有所发现。科学家相信,这将为人类攻克老年痴呆症等精神疾病提供更好的研究方向,有助于理解、预防和治疗相关性神经和精神疾病。
 
更为奇妙的是,即使人类与海兔在5亿3000万年前就已有了独立进化线路,然而海兔的基因与人类的基因相似度,远甚于苍蝇和蠕虫。研究人员解释道,或许在物种进化之初,都发育大体相似的神经系统,拥有相似的基因。只是在此后漫长的进化过程中,这些基因被一些物种遗失了,却也在一些物种中得到保存。海兔与人类就是这种保留原始基因的物种。由此也更进一步证明,用海兔研究人类大脑的神经元、基因,确实能告诉我们大脑的秘密。
 
编译本报记者 李健亚

 
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