2013年年初，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬宣布投入大量資金進(jìn)行人腦研究。但是自該計(jì)劃被提出以來，許多科學(xué)家提出了各種疑慮。近日，Nature刊登了NIH神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和可塑性部主任R. Douglas Fields的評(píng)論文章，文章指出美國(guó)的大腦圖譜計(jì)劃忽視大腦內(nèi)膠質(zhì)細(xì)胞重要作用，或許會(huì)導(dǎo)致該計(jì)劃最終難以產(chǎn)生預(yù)期的效果。

近日，Nature刊登了NIH神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和可塑性部主任R. Douglas Fields的評(píng)論文章Neuroscience： Map the other brain.該文章重點(diǎn)指出，美國(guó)的大腦圖譜計(jì)劃可能過分強(qiáng)調(diào)神經(jīng)元的描述，忽視大腦內(nèi)膠質(zhì)細(xì)胞重要作用，這或許導(dǎo)致該計(jì)劃最終難以產(chǎn)生預(yù)期的效益。

星形膠質(zhì)細(xì)胞（紅色）和未成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞（綠色）與大腦的海馬神經(jīng)元（藍(lán)色）相互交織

大腦研究計(jì)劃是美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬在今年4月宣布啟動(dòng)的，其目的是進(jìn)行人類和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物大腦精細(xì)圖譜和神經(jīng)連接功能的分析。但是自該計(jì)劃被提出后，許多學(xué)者提出了自己的疑慮，因?yàn)槔L制腦圖要比人類基因組計(jì)劃的復(fù)雜程度高得多，而且該計(jì)劃所具有實(shí)用性也不夠確定。

Douglas認(rèn)為探索神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并開發(fā)相應(yīng)的研究技術(shù)具有重要的意義，應(yīng)當(dāng)大力支持。但簡(jiǎn)單對(duì)神經(jīng)連接并不能從實(shí)質(zhì)上解決該計(jì)劃承諾解決的問題，例如理解感知、意識(shí)、記憶的機(jī)理，以及開發(fā)出治療癲癇、抑郁癥和精神分裂癥的方法。

可能導(dǎo)致該計(jì)劃失敗的一個(gè)巨大的絆腳石就是研究計(jì)劃設(shè)定時(shí)沒有考慮到除1000億神經(jīng)細(xì)胞外的更多不直接參與電活動(dòng)的神經(jīng)膠質(zhì)。這些神經(jīng)膠質(zhì)分布在神經(jīng)連接體周圍，一般記錄神經(jīng)細(xì)胞電活動(dòng)的手段很難對(duì)這些細(xì)胞活動(dòng)進(jìn)行有效記錄。這類細(xì)胞自從19世紀(jì)中葉被視為結(jié)締組織而發(fā)現(xiàn)后，在人類嘗試?yán)斫馍窠?jīng)信號(hào)傳遞的過程中，它們的功能一直被忽視。醫(yī)學(xué)`教育網(wǎng)搜集整理

許多研究發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細(xì)胞可以感受到神經(jīng)電活動(dòng)并對(duì)神經(jīng)電活動(dòng)產(chǎn)生影響，并參與調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)記憶等各種重要的神經(jīng)系統(tǒng)功能。在腦損傷和疾病中，膠質(zhì)細(xì)胞甚至起到核心作用，例如精神分裂癥和老年性癡呆，而在過去，傳統(tǒng)認(rèn)為這些疾病源于神經(jīng)細(xì)胞的功能衰退。而“膠質(zhì)細(xì)胞（Glia）”這個(gè)詞在奧巴馬的腦研究計(jì)劃公告中根本沒有出現(xiàn)，在2012年和2013年重要期刊上發(fā)表的白皮書中也沒有蹤影。這意味著神經(jīng)科學(xué)家需要拓展研究思路，加深對(duì)研究舉措的思考。

神經(jīng)膠質(zhì)的巨大作用

大腦內(nèi)主要含有三種類型的膠質(zhì)細(xì)胞，包括少突膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞。這些細(xì)胞的作用是通過化學(xué)遞質(zhì)、縫隙連接、離子通道與神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行離子和小分子的相互傳遞。

少突膠質(zhì)細(xì)胞構(gòu)成包圍在神經(jīng)軸突周圍的神經(jīng)髓鞘，髓鞘的絕緣作用可以極大地加快神經(jīng)電活動(dòng)傳遞速度，是神經(jīng)正常發(fā)揮其功能的重要保障。

早在幾十年前，生物學(xué)家們就已經(jīng)認(rèn)識(shí)了小膠質(zhì)細(xì)胞。它是大腦的免疫細(xì)胞，對(duì)大腦的感染創(chuàng)傷產(chǎn)生反應(yīng)，可清除因疾病導(dǎo)致的受傷組織，也可釋放一些可促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)的物質(zhì)。但是，去年的一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)正常視覺神經(jīng)突觸的發(fā)育和功能重建也發(fā)揮著重要的作用，但取決于動(dòng)物出生不久時(shí)的視覺經(jīng)歷。

此外，多項(xiàng)研究已表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞通過影響細(xì)胞外鉀離子濃度調(diào)節(jié)神經(jīng)電活動(dòng)傳遞，也可以對(duì)局部血流量、神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)傳遞和細(xì)胞間的體積產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。這些功能都可以影響神經(jīng)系統(tǒng)的通訊和可塑性。

在今年2月在弗吉尼亞州阿靈頓舉行的關(guān)于膠質(zhì)細(xì)胞生物學(xué)研討會(huì)上，神經(jīng)元可塑性和計(jì)算神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的專家聚集在一起，經(jīng)過討論，大部分學(xué)者一致認(rèn)為和神經(jīng)電活動(dòng)的快速反應(yīng)不同，膠質(zhì)細(xì)胞由于其復(fù)雜的分支結(jié)構(gòu)及化學(xué)信號(hào)（相對(duì)于電信號(hào)）的變化相對(duì)緩慢，而這種相對(duì)緩慢的變化可能恰恰是許多重要神經(jīng)系統(tǒng)功能如學(xué)習(xí)記憶等所必須的，而這一過程通常需要幾小時(shí)、幾天甚至幾周，而不是幾毫秒或幾秒。

一些開創(chuàng)性的研究甚至能夠瞥見膠質(zhì)細(xì)胞可塑性和信息處理機(jī)制。舉例來說，已有研究小組在致力于體外環(huán)境條件下，軸突的脈沖流量通過神經(jīng)膠質(zhì)控制其髓鞘形成的相關(guān)研究。因?yàn)樗枨誓軌驔Q定電氣信號(hào)通過軸突時(shí)的速度，因此這就決定了在同一時(shí)間一個(gè)神經(jīng)元可以輸入的信息量，這一過程就是學(xué)習(xí)和神經(jīng)元可塑性的基礎(chǔ)。當(dāng)人們?cè)陔娔X游戲中學(xué)習(xí)到新的技能時(shí)，他們的大腦會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。

科學(xué)家表示他們才剛剛開始了解星形膠質(zhì)細(xì)胞的多樣性、連通性和功能性。一些研究表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞具有加強(qiáng)大腦信息處理高階組織的解剖和生理特性。在灰質(zhì)的大腦皮質(zhì)和海馬，星形膠質(zhì)的組織沒有重疊。這樣的組織形式的生理學(xué)意義目前仍然是未知的，但一個(gè)人的星形膠質(zhì)可以涵蓋并影響兩萬(wàn)個(gè)突觸。其實(shí)，人的星形膠質(zhì)細(xì)胞明顯不同于其他動(dòng)物。在一系列的測(cè)試中，用人類星形膠質(zhì)細(xì)胞取代老鼠的星形膠質(zhì)細(xì)胞，老鼠具有了更強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。

神經(jīng)科學(xué)家們已經(jīng)知道神經(jīng)膠質(zhì)會(huì)導(dǎo)致某些疾病。大腦內(nèi)幾乎所有的癌變都起源于神經(jīng)膠質(zhì)；多發(fā)性硬化的關(guān)鍵問題就是少突膠質(zhì)細(xì)胞受損；HIV相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，愛滋病病毒可感染星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞，而不感染神經(jīng)細(xì)胞；許多神經(jīng)性疾病，現(xiàn)在也涉及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，如自閉癥、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元側(cè)索硬化癥、早老性癡呆、慢性疼都和膠質(zhì)細(xì)胞關(guān)系十分密切；另外這同樣適用于其它各種發(fā)育和精神疾病如精神分裂癥、抑郁癥和強(qiáng)迫癥。

神經(jīng)膠質(zhì)不可忽略

測(cè)繪和監(jiān)測(cè)整個(gè)人類大腦皮層所需要的資金支持可以與人類基因組計(jì)劃相媲美：38億美元。如果公眾不能理解這項(xiàng)研究的好處或者成本不現(xiàn)實(shí)，他們是不會(huì)支持這樣一個(gè)需要重大資金支出的科研項(xiàng)目。通過1993年美國(guó)國(guó)會(huì)取消了數(shù)十億美元的建立超導(dǎo)對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目就可以看得出來。

很少有人認(rèn)為我們有必要了解人類大腦。大腦是人體最大的不解之謎，智障、腦腫瘤、脊髓損傷、老年癡呆癥和精神疾病幾乎存在于每個(gè)人的周圍。但目前看來，大腦研究計(jì)劃有失敗的風(fēng)險(xiǎn)——無(wú)論是科學(xué)還是公眾支持方面。

今年6月在紐約舉行的世界科學(xué)節(jié)，一位與會(huì)者堅(jiān)持認(rèn)為，神經(jīng)膠質(zhì)的相關(guān)信息將是神經(jīng)元映射和跟蹤記錄神經(jīng)元連接技術(shù)開發(fā)的副產(chǎn)品。利用新的方法如電壓敏感染料或納米顆粒來監(jiān)測(cè)神經(jīng)元的電信號(hào)，對(duì)于了解不使用電脈沖的神經(jīng)元不會(huì)有多大的用處。正是這種觀點(diǎn)使得人們一直以來對(duì)于神經(jīng)膠質(zhì)都不甚了解。

此外，研究項(xiàng)目將神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞排除在外更凸顯了一個(gè)常規(guī)性的問題：多次測(cè)量足夠數(shù)量的神經(jīng)元才能揭開神經(jīng)元產(chǎn)生的“意外”的神秘面紗并治愈疾病，而不是簡(jiǎn)單地“每次測(cè)量一個(gè)神經(jīng)元”。更好的理解和新的治療方法需要正確假說的導(dǎo)向。

在腦映射過程中，第一要?jiǎng)?wù)是調(diào)查未知的領(lǐng)域。我們所了解的只是大腦奧秘的一半，大腦研究計(jì)劃很可能擴(kuò)展到這一陌生領(lǐng)域。“大腦”探索必須與神經(jīng)膠質(zhì)一起研究，而不能把神經(jīng)膠質(zhì)研究當(dāng)做是一種副產(chǎn)品。