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从神经管到大脑:构建如何开始

你的大脑曾经只是一根微小的空心管子。认识神经诱导与神经管,并走一遍每个大脑都遵循的总时间线:构建、精修、衰老。

从一根管子开始的大脑

想象一下你现在的大脑:布满褶皱、层层折叠、忙碌得惊人。现在把时间倒回到你刚开始形成的几周前。那时没有大脑,没有褶皱,没有任何能认出来的东西,只有一片扁平的细胞。这整个壮观的器官,最初只是一根空心的管子,大约只有一粒米那么长。这根管子就是神经管,动物界里每一个大脑和脊髓都可以追溯到它。

把这根管子想象成一栋房子的地基和框架。你还看不到厨房或卧室,但接下来一切的形状已经在被决定了。管子的前端会膨大、折叠,变成大脑;它后面那段长长的部分则成为脊髓。现在还没什么花哨的东西,只是一根管子。但正是这个简单的形状,是你日后所思所感的全部种子。

为什么那些细胞会变成神经细胞

这里有个谜题。在非常早期的胚胎里,细胞几乎一模一样,就像一群人,每个人都可以从事任何工作。那么,这群人当中的某一小片是怎么决定“我们要变成神经系统”的呢?答案是一场邻居之间安静的对话,叫做神经诱导

旁边的一层细胞释放出化学信号,就像悄悄说出的指令,意思是:*别变成皮肤,变成神经吧。*听到这条信息的细胞改变了自己的命运,形成那片日后会卷成管子的扁平细胞层。这是个奇妙的想法:一个细胞的命运并非从一开始就注定,而是被周围的细胞说服的。位置、邻居和时机,决定了你会成为谁。

这片细胞层一旦形成,它的两边就会像玉米卷饼壳的两侧一样向上翘起,朝彼此卷拢,并在顶部融合。饼壳合成了一根封闭的管子。正是这种“拉拉链”般的合拢,让扁平的细胞层变成了神经管,封好口,准备开始构建。

工厂开始运转

一根空管子并不是大脑。它需要细胞,而且需要很多,你的大脑里有数百亿个神经元。这些细胞来自一群特殊的“奠基者”,它们就坐落在管壁的内层:神经干细胞。干细胞就像一位面包大师,既能不断培养出更多面包师,又能烤出成品面包。这些细胞一次又一次地分裂,而它们烤出的“面包”,就是年轻的神经元

这种持续不断地制造神经元的过程,叫做神经发生。在出生前最繁忙的那些阶段,发育中的大脑每分钟可以增添几十万个新神经元。这是整个生物学里速度最快的建造工程之一,而你在它进行的每一秒里都在沉睡。

总时间线:构建、精修、衰老

这一阶(rung)里其余的一切,都能落在一条分为三段的漫长道路上。首先是构建原始的零件。接着是精修,大脑在这一段里给自己接线、测试连接、并丢掉那些它用不上的连接。最后是衰老,这是漫长而缓慢的一章,会持续你余下的一生。

BUILD ───────► REFINE ──────────► AGE
tube      wire & connect      slow change
make cells   keep / prune     over decades
(neurogenesis)  (pruning,        (aging brain)
                myelination)
一条路,三段路程。后面每节课都会放大其中的一个路标。

有一条线索贯穿整条道路的全程:绝缘。给“电线”裹上外皮、好让信号传得飞快,这个过程叫做髓鞘形成,它在出生前就开始,直到你三十多岁时才接近完成。建造并不在童年就停下;在一些重要的方面,你的大脑一直到成年之后仍在被构建,而缓缓步入衰老的大脑,不过是这条路最后、也最长的一段。

这一阶将走过的内容

现在你手里有了这张地图。接下来的课程只是沿着它前行,在每一个里程碑处停下来,看得更仔细一些。你现在还不需要任何细胞层面的细节,只要记住这段旅程的大致形状就好。

  1. 构建:神经管制造神经元,这些神经元爬到各自该去的位置(迁移),并伸出触手去寻找自己的搭档(轴突导向)。
  2. 精修:连接形成(突触发生),容易学习的窗口打开(关键期),用不上的连接被修剪掉(突触修剪)。
  3. 绝缘:在一条延伸到成年的时间线上,“电线”被一层层包裹以提升速度(髓鞘形成)。
  4. 衰老:在数十年间,大脑缓缓改变,我们会问是什么让它保持韧性(衰老的大脑)。