作者：Krista Conger
几个世纪以来，科学家一直把大脑视为一个统一器官。但斯坦福医学院领衔的一项最新研究提出：人类大脑实际上可能由两个在演化和胚胎发育上彼此独立的神经系统组合而成。
这一发现挑战了长期以来关于大脑发育的主流模型。过去几十年，研究人员普遍认为，胚胎早期存在一种共同的神经祖细胞，随后发育成整个大脑的不同区域。
但新研究发现，负责高级认知的前脑和中脑，与负责呼吸、心跳、吞咽等基本生命活动的后脑，其实来自两种完全不同的祖细胞。
研究成果于9月18日发表在《Nature Neuroscience》。
斯坦福大学发育生物学副教授Kyle Loh表示：“我们首次证明，大脑前部和后部来自完全不同的祖细胞。”
成年人的大脑主要分为前脑、中脑和后脑。前脑负责语言、意识、抽象推理等高级功能；后脑位于颅骨后部，参与调节呼吸、睡眠、心跳和饥饿，同时控制面部、舌头和咽喉肌肉，直接影响说话和吞咽。
研究人员从胚胎发育最早期入手，发现后脑并不是从形成前脑和中脑的发育路径中“分支”出来，而是沿着另一条独立、平行的路径形成。
在小鼠胚胎中，研究团队识别出两类不同祖细胞：一种表达Otx2基因，最终形成前脑和中脑；另一种表达Gbx2基因，负责形成后脑。两种细胞群从发育早期开始就互不重叠。
进一步研究还发现，这两类细胞的染色质结构存在根本差异，相当于从很早开始，就分别被“锁定”在不同的发育轨道上。
这一发现可能解释了一个困扰科学界多年的问题：为什么实验室里一直很难培养出真正的后脑神经元。
研究人员认为，过去许多实验实际上是在尝试把前脑或中脑祖细胞诱导成后脑细胞，但根据最新研究，这种转化从根本上就无法实现。
掌握这一规律后，研究团队首次成功将人类多能干细胞诱导成功能性的后脑运动神经元。这些细胞能够产生正常神经元的电活动，并表达控制面部和吞咽肌肉相关的后脑标志蛋白。
这一突破可能对脊髓性肌萎缩症（SMA）和肌萎缩侧索硬化症（ALS，俗称渐冻症）研究产生重要影响。
这两类疾病都会损害部分后脑神经元，患者可能逐渐失去吞咽和呼吸能力。过去，由于无法从活体患者获得脑干组织，相关研究受到很大限制。如今，科学家有望在培养皿中直接研究这些神经元如何发生病变。
研究人员还从演化角度追溯了这一“双重起源”模式，发现类似结构也存在于鸡、斑马鱼，甚至生活在海底的柱头虫中，说明这种神经系统分化可能至少已有5亿年以上历史。
Kyle Loh表示，演化可能并不是从头创造一个统一的大脑，而是把两个原本已经存在的神经系统“推到一起”，最终形成今天看似统一的大脑。
这一发现还可能影响对肥胖治疗的研究，因为后脑中存在调节饥饿感的神经回路，而司美格鲁肽等减重药物正是通过相关通路发挥作用。
研究团队下一步计划进一步研究脊髓的发育起源，以及SMA和ALS究竟如何损害后脑神经元。
研究人员认为，这一发现为理解脑干疾病以及未来探索再生治疗提供了一个新的研究模型。