不再獨(dú)一無(wú)二的大腦

田也

動(dòng)物王國(guó)中普遍存在負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)與記憶的大腦結(jié)構(gòu)，意味著人與動(dòng)物擁有共同的進(jìn)化起源。

無(wú)論你是在考前臨時(shí)抱佛腳死記硬背還是試圖記起到底把車(chē)鑰匙放在了哪里，學(xué)習(xí)與記憶都是我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾δ堋?/p>

美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)的神經(jīng)生物學(xué)家尼古拉斯·斯特勞菲爾德與加布里埃拉·沃爾夫近期在《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上發(fā)表論文稱(chēng)，無(wú)脊椎動(dòng)物大腦中負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)和記憶的大腦結(jié)構(gòu)及功能中心可能具有相同的功能特征。

大腦中樞是成對(duì)的腦葉結(jié)構(gòu)，首次發(fā)現(xiàn)于昆蟲(chóng)，被稱(chēng)為蘑菇體，位于節(jié)肢動(dòng)物、海洋蠕蟲(chóng)和扁蟲(chóng)的前腦。

不同物種之間的蘑菇體有著顯著的共同點(diǎn)，因此，長(zhǎng)久以來(lái)，人們都在爭(zhēng)論這些結(jié)構(gòu)是獨(dú)立進(jìn)化的結(jié)果，還是擁有共同的起源。斯特勞菲爾德與沃爾夫的研究顯示，所有無(wú)脊椎動(dòng)物的蘑菇體都有一個(gè)共同的基礎(chǔ)組織模式，表明這個(gè)組織遺傳自共同的祖先，而這個(gè)祖先有可能生活在6億年前。

“這個(gè)基礎(chǔ)組織幾乎存在于所有物種。如果我們想在人工智能或機(jī)器人中模擬學(xué)習(xí)與記憶中心的話，這將是我們的著手點(diǎn)。”沃爾夫說(shuō)。她是神經(jīng)科學(xué)跨學(xué)科項(xiàng)目的一名研究生。

斯特勞菲爾德與沃爾夫從神經(jīng)解剖學(xué)和化學(xué)成分兩方面研究了兩大類(lèi)無(wú)脊椎動(dòng)物的蘑菇體。這兩大類(lèi)動(dòng)物分別是：蛻皮動(dòng)物，包括昆蟲(chóng)、甲殼類(lèi)動(dòng)物以及其他節(jié)肢動(dòng)物，如蝎子和馬蹄蟹;冠輪動(dòng)物，包括軟體動(dòng)物、扁形蟲(chóng)和蛔蟲(chóng)。

借助多種化學(xué)染色技術(shù)，斯特勞菲爾德與沃爾夫詳盡地研究和比較了不同物種之間的神經(jīng)解剖學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)不同物種的單個(gè)蘑菇體神經(jīng)元的特征相同，同一物種的神經(jīng)元組織也相同。研究人員發(fā)現(xiàn)，不同物種的蘑菇體神經(jīng)元纖維束的排列結(jié)構(gòu)類(lèi)似，形成了一個(gè)典型的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)。

接下來(lái)，研究小組分析了蘑菇體的蛋白質(zhì)表達(dá)，結(jié)果顯示，這些無(wú)脊椎動(dòng)物的蘑菇體中普遍存在3種豐富的蛋白質(zhì)——DC0、Leo與CaMKII。之前的行為學(xué)研究表明，這些蛋白質(zhì)對(duì)學(xué)習(xí)與記憶能力非常重要，其基因序列與果蠅和大鼠的幾乎完全相同。

值得注意的是，這些蛋白質(zhì)被認(rèn)為對(duì)人類(lèi)的學(xué)習(xí)和記憶能力同樣至關(guān)重要，并且與阿爾茨海默病、唐氏綜合征和安格爾曼綜合征等神經(jīng)性病癥有關(guān)。

繼無(wú)脊椎動(dòng)物大腦之后，斯特勞菲爾德與沃爾夫?qū)⒀芯繉?duì)象轉(zhuǎn)向脊椎動(dòng)物，比如大鼠、鳥(niǎo)類(lèi)、爬行類(lèi)、兩棲類(lèi)和魚(yú)類(lèi)。

“我們希望弄明白脊椎動(dòng)物身上是否也有類(lèi)似的基礎(chǔ)組織模式，以及這種模式是否也包含豐富的蛋白質(zhì)。”斯特勞菲爾德說(shuō)，“擁有此類(lèi)基礎(chǔ)模式的可能是海馬體，相對(duì)于存儲(chǔ)其他事物，海馬體對(duì)記憶地點(diǎn)尤為關(guān)鍵。”

人們或許不愿意認(rèn)同自己的大腦與節(jié)肢動(dòng)物和其他脊椎動(dòng)物類(lèi)似，但事實(shí)上，它們的組織原理確實(shí)相同。生物醫(yī)學(xué)研究人員應(yīng)該對(duì)此很感興趣。

斯特勞菲爾德認(rèn)為，證實(shí)脊椎動(dòng)物的海馬體擁有這一基礎(chǔ)模式，意味著它與無(wú)脊椎動(dòng)物共同起源于6億年前的古老祖先，這個(gè)時(shí)間稍早于寒武紀(jì)生命大爆發(fā)——絕大多數(shù)無(wú)脊椎動(dòng)物在寒武紀(jì)的短短幾百萬(wàn)年中出現(xiàn)。

這也就意味著，在擁有大腦的絕大多數(shù)動(dòng)物——包括人類(lèi)，但軟體動(dòng)物可能例外——中，負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)與記憶的大腦組織或許源于一個(gè)共同的祖先，并趨異進(jìn)化成各種復(fù)雜的中心。

“跨物種動(dòng)物間的一致性令人稱(chēng)奇，”斯特勞菲爾德說(shuō)，“美好到幾乎令人難以置信。”

下次，當(dāng)你想拍死一只蒼蠅時(shí)，或許會(huì)三思而后行。