大腦里的“Wifi”

陳誠 陳彥霖 趙海辰

【中圖分類號】R741【文獻標識碼】A【文章編號】1005-0019（2020）04--01

我們的意識到底是什么？有沒有什么分子基礎調節著我們的意識？這個問題長時間困擾著人類。經過長時間的探索，人們終于發現了一些關于我們意識存在的分子基礎，他們像是我們大腦里的“Wifi”，承載著多種多樣的信號。

在人體內，細胞和細胞之間，存在著各種各樣的聯系方式——比如眾所周知的胰島素，具有降低血糖的作用，這個過程就如同產生“Wifi”信號，告訴受Wi-Fi調控的細胞是時候降低血糖了。當然，我們的機體還有很多其它的信號分子網絡，他們從胚胎時期直至生命的最后一刻，都在幫助我們的身體維持穩態，保持平衡。這些分子有大有小，作用有強有弱，且缺一不可——編碼基因上一個位點的突變，就可能導致不堪設想的后果。在我們大腦里，這些信號分子更是種類繁多，至關重要，存在各種各樣的調節方式。舉個例子ErbB4是“信號分子”神經調節素1的細胞膜上結合蛋白，它相當于在接收“Wifi”信號，給細胞傳遞信息。

“Wifi”信號往往分門別類有自己的家族。比方我們的例子：顧名思義，ErbB4蛋白屬于ErbB蛋白家族，他們在細胞的發育和維持形態上有著重要的功能。他們介導的信號通路存在于我們身體的方方面面。近些年的研究表明，許多心血管疾病、腫瘤疾病、神經疾病以及精神疾病都有他們的參與[1]。當ErbB家族蛋白被結合時，會激活并觸發豐富的細胞內信號傳導途徑，最終導致從細胞分裂到凋亡的大范圍的反應。其分子原理是，激活態的ErbB引發連續的細胞內分子間相互作用[2-3]。

“Wifi”信號具有特異性。就拿剛才的例子ErbB4來介紹：在我們的大腦里，有兩種功能相反的神經元：一種是谷氨酸能神經元，他們產生興奮的信號。一種是GABA能神經元，他們產生抑制的信號。兩種類型的神經元分化產生神經元的結構，不斷形成大腦中越來越復雜的環路。近些年研究指明：Erb4涉及的信號傳導存在于皮質環路發展的多個階段，特別在GABA能神經環路有重大意義[3-4]。因此，大腦里“Wifi”的缺失，往往是致病的。傳統研究大量關注于雙向情感障礙和精神分裂癥，而近年研究越來越多表明ErbB4對于抑郁癥和壓力有著不可分割的關系[4]。

換句話說，大腦里的“Wifi”和我們的情感有直接聯系。接著我們的例子，大腦的杏仁核被認為是處理恐懼情緒和焦慮至關重要的部位，杏仁核的有一部分為“感受核團”，這里接收處理過的來自外在刺激的信號。另一部分為“行為核團”，這里進一步引發焦慮和恐懼的反應。而ErbB4表達的神經元就在“感受核團”到“行為核團”的過程中起到控制作用。焦慮障礙同抑郁癥有著緊密的聯系，抑郁癥的小鼠中，ErbB4的激活顯著增加[5]。但是，ErbB4最為廣泛了解的，是精神分裂癥。這是如何致病的呢？這和神經元與神經元之間的聯系形成，和神經元傳遞信號能力的獲得有關。ErbB4缺失，會導致神經網絡的不完整。ErbB4缺失在不同腦區，對于不同的認知功能都有影響，例如注意力，記憶力等等[6]。

“Wifi”信號存在于不同時期。關于無法接收“Wifi”信號（ErbB4缺失）的精神分裂癥致病機制，一直存在一個重大謎團： “Wifi”的影響只是在我們生長發育的階段發生嗎？它是通過發育階段致病的，還是在發育后的調節過程中致病？這兩者是否共同發生，還是僅有前者存在？2018年梅林教授團隊在《美國科學院院報》上發表文章[7]指出，通過遺傳學操控的手段在成年小鼠中表達ErbB4基因（發育時期缺失），可以挽救因ErbB4先前缺失導致的精神分裂癥。這也就意味著，“Wifi”缺失不僅僅是發育過程中致病，成年體內的缺失也會導致精神分裂癥。可見大腦里的“Wifi”在各個時期都很重要。

研究大腦里的“Wifi”將對于精神疾病的治療提供新的思路——對于精神疾病，我們終有一天會研究出提早干預的手段。我們的舉例，神經調節素1/ErbB4僅僅是大腦里“Wifi”系統非常微小的一部分。它也貢獻于我們探索意識是什么的終極命題。我們所提到的僅僅是冰山一角，神經科學家所用手法更是變幻萬千種類繁多。神經科學家在不斷的探究意識的神經環路基礎、分子基礎等等。總有一天，人類會明白，思想究竟是怎么產生。那將是一個宏偉的藍圖，將包含著從分子到細胞，從細胞到神經網絡，從神經網絡到全腦等不同的層次聯系。那將是把哲學人類學和醫學生物學聯系起來的一天。

參考文獻

Mei， Lin， Nave， et al. Neuregulin-ERBB Signaling in the Nervous System and Neuropsychiatric Diseases[J]. Neuron， 2014， 83（1）：27-49.

焦慧鳳. TMEM108和ErbB4在突觸發育和突觸傳遞中的作用[D].南昌大學，2016.

Wen Z， Chen J， Khan R A， et al. Genetic association between NRG1 and schizophrenia， major depressive disorder， bipolar disorder in Han Chinese population[J]. American Journal of Medical Genetics Part B Neuropsychiatric Genetics， 2016， 171（3）：468-478.

Dang R， Cai H， Zhang L， et al. Dysregulation of Neuregulin-1/ErbB signaling in the prefrontal cortex and hippocampus of rats exposed to chronic unpredictable mild stress[J]. Physiology & Behavior， 2016， 154：145-150.

Geng F， Zhang J， Wu J L， et al. Neuregulin 1-ErbB4 signaling in the bed nucleus of the stria terminalis regulates anxiety-like behavior.[J]. Neuroscience， 2016， 329：182-192.

Tan Z， Robinson H L， Yin D M， et al. Dynamic ErbB4 Activity in Hippocampal-Prefrontal Synchrony and Top-Down Attention in Rodents[J]. Neuron， 2018， 98（2）.

Wang H ， Liu F ， Chen W ， et al. Genetic recovery of ErbB4 in adulthood partially restores brain functions in null mice[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences， 2018.