挪威科技大學(xué)Kavli系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)研究所的Yaksi小組的研究人員通過(guò)觀察斑馬魚(yú)的大腦，研究大腦的解剖學(xué)和功能。

沿腦室生長(zhǎng)的細(xì)胞配有微小的毛發(fā)狀突起，這種毛發(fā)狀突起被稱(chēng)為纖毛。目前對(duì)纖毛的了解甚少，但我們知道它們?nèi)绻Ｖ构ぷ鲗?huì)發(fā)生什么。

有纖毛缺陷的人可能會(huì)出現(xiàn)腦積水和脊柱側(cè)凸等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

來(lái)自挪威科技大學(xué)Kavli系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)研究所的Yaski小組的新研究表明，纖毛是大腦正常發(fā)育所必須的。

人腦有四個(gè)充滿液體的腔，稱(chēng)為腦室，所有的腔都是相互連通的。腦室內(nèi)生產(chǎn)并充滿了腦脊液，腦脊液是持續(xù)運(yùn)動(dòng)的，但具體運(yùn)動(dòng)因我們正在做的事情而有所不同。

“有幾種理論存在，但多年來(lái)，這種流體循環(huán)被認(rèn)為是為大腦提供營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)也移除了廢物，”NTNU的Kavli研究所的高級(jí)研究員Nathalie Jurisch-Yaksi說(shuō)。

“腦脊液的流動(dòng)有助于在整個(gè)大腦中傳遞分子信號(hào)，”Kavli研究所的教授Emre Yaksi說(shuō)。由于道德和實(shí)際原因，不可能對(duì)人類(lèi)進(jìn)行這種研究。因此，研究小組選擇對(duì)斑馬魚(yú)幼魚(yú)進(jìn)行研究。

斑馬魚(yú)幼魚(yú)是這類(lèi)研究的理想選擇。它們就像人類(lèi)一樣是脊椎動(dòng)物，可以告訴我們?nèi)祟?lèi)大腦是如何發(fā)育和工作的。實(shí)際上，斑馬魚(yú)在幼年階段是透明的。這意味著研究人員無(wú)需進(jìn)行任何干預(yù)，就可以非常詳細(xì)地研究斑馬魚(yú)的大腦發(fā)育過(guò)程和功能，并且不會(huì)造成任何疼痛。

“我們甚至可以調(diào)查每個(gè)細(xì)胞和每根纖毛，”研究人員Christa Ringers說(shuō)。

Yaksi研究小組的研究人員發(fā)現(xiàn)，具有纖毛的細(xì)胞群被分布在腦室的不同區(qū)域，它們共同組成一個(gè)穩(wěn)定的液體而定向流動(dòng)。

心跳脈動(dòng)和身體運(yùn)動(dòng)也會(huì)影響腦脊液的循環(huán)，但纖毛的運(yùn)動(dòng)似乎在保障單個(gè)腦室內(nèi)穩(wěn)定的液體流動(dòng)。這種流動(dòng)是局部的，因此它主要局限于每個(gè)腦室。但與此同時(shí)，似乎需要分隔流動(dòng)以保持不同腦室之間的管道開(kāi)放暢通。

“如果我們停止纖毛的運(yùn)動(dòng)，連接腦室的導(dǎo)管會(huì)關(guān)閉，”Jurisch-Yaksi說(shuō)。每個(gè)腦室中的流體流動(dòng)和不同腦室之間的流體交換取決于我們是靜止?fàn)顟B(tài)還是移動(dòng)狀態(tài)。

“只要魚(yú)處于靜止?fàn)顟B(tài)，我們發(fā)現(xiàn)腦室之間的液體交換極少，即使心臟跳動(dòng)導(dǎo)致它們之間有一些流動(dòng)，”研究人員Emilie Willoch Olstad說(shuō)。

但是當(dāng)我們移動(dòng)時(shí)，這一切都會(huì)發(fā)生改變。運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致不同腦室之間很大程度的流體交換。纖毛主要有兩種，運(yùn)動(dòng)或者非運(yùn)動(dòng)，也稱(chēng)為初級(jí)纖毛。Yaksi小組檢查了運(yùn)動(dòng)纖毛。

與人體內(nèi)大多數(shù)其他導(dǎo)致液體轉(zhuǎn)移的纖毛不同——例如保護(hù)肺部的刷狀呼吸道纖毛，Kavli的研究人員發(fā)現(xiàn)，發(fā)育中的斑馬魚(yú)腦室周?chē)睦w毛具有螺旋槳狀的運(yùn)動(dòng)形式，很像精子的尾巴。

與此同時(shí)纖毛還可以間接幫助大腦保持年輕和健康。新的神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)在充滿液體的腦室壁附近。從這里，它們遷移到大腦的不同區(qū)域。

這些新生細(xì)胞的分化被認(rèn)為受到營(yíng)養(yǎng)物和分子信號(hào)的影響，這些信號(hào)通過(guò)腦室壁附近的腦脊液流動(dòng)從而被傳遞。

在斑馬魚(yú)中，新神經(jīng)元的誕生，也稱(chēng)為神經(jīng)發(fā)生，不僅發(fā)生在發(fā)育中的大腦中，也發(fā)生在成年魚(yú)類(lèi)中。最近的研究表明，這種情況也發(fā)生在人類(lèi)身上。

研究流體的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，需要采用多學(xué)科方法。數(shù)學(xué)家、工程師和物理學(xué)家都可以幫助了解纖毛運(yùn)動(dòng)如何發(fā)生并產(chǎn)生流動(dòng)。

Kavli研究所的Yaksi小組渴望與工程師們合作，因?yàn)楣こ處熆梢詭椭_(kāi)發(fā)更好的分析工具和計(jì)算機(jī)模型來(lái)研究大腦中的液體循環(huán)。他們正在積極尋找具有相應(yīng)技能的人員和合作者。他們的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有結(jié)束。下一步是通過(guò)操縱纖毛來(lái)觀察是否有可能影響斑馬魚(yú)的大腦功能。

例如，當(dāng)纖毛介導(dǎo)的流動(dòng)受到干擾時(shí)，神經(jīng)活動(dòng)，甚至?xí)円构?jié)律將如何變化?斑馬魚(yú)白天通常比夜晚活躍得多。改變腦脊液流動(dòng)會(huì)改變魚(yú)類(lèi)在一天中不同時(shí)間對(duì)環(huán)境的感知和反應(yīng)方式嗎?這些將是研究人員計(jì)劃解決的下一個(gè)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 人體 毛發(fā) 身體