文章專區

人類大腦是最複雜的器官之一，仍有許多奧祕吸引著科學家們的好奇心。隨著近年來分子生物學技術的進展，大腦細胞的轉錄、表觀遺傳學（epigenetics）、功能等研究取得了巨大的突破。近期，美國國家衛生研究院（National Institutes of Health, NIH）的大腦神經元細胞普查網絡（BRAIN Initiative Cell Census Network, BICCN），和數百名科學家共同參與的合作項目，發表了有史以來最大的「人類大腦細胞地圖」。研究中詳細記錄了多達3000種細胞與它們的特性，這將有助於理解大腦的功能和潛在問題。BICCN聯合發表了多達21篇的論文，分別在《科學》（Science）、《科學進展》（Science Advances）和《科學轉化醫學》 （Science Translational Medicine）等期刊中刊登。

技術革新：發現3000種細胞類型大腦地圖

傳統上對於人類大腦的研究主要依賴例如磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）等技術。儘管MRI提供了對大腦結構與活動的重要資訊，但無法深入到細胞層面，揭示細胞之間的複雜互動。然而，NIH的「人類大腦細胞地圖」計畫已經改變了這一切。該計畫的目的在於創建人類大腦的全面細胞地圖，將每個細胞的特性記錄下來，以全面理解大腦的功能和潛在問題。
 
在荷蘭烏特勒支大學醫學中心（University Medical Center Utrecht）的研究人員使用了單細胞RNA定序技術，為人類大腦細胞地圖的研究建立了基礎，這種技術使他們能夠一次分析大量的單細胞，了解各別細胞的基因表達和功能。
 
研究過程中，團隊發現了令人驚訝的結果。傳統上，人們認為大腦中的細胞類型相對不多，但新的研究發現了超過461種腦細胞類別，且可再細分為3000種細胞亞型，其中有許多種在科學界未曾見過。這些細胞分布在大腦的不同部位，存在著各種不同的功能和發展歷程。
 
此外，這些研究還發現大腦的不同區域包含不同類型的細胞，且有些細胞僅存在於特定位置。尤其是相較於大腦和脊髓來說較少被研究的區域——腦幹，包含多種前所未見的神經元類型，是令人眼睛為之一亮的發現。
 

基因調控的奧秘與疾病機制的理解

除了發現新的細胞類型，研究人員還以表觀遺傳學的方法，分析了大腦細胞中超過50萬個可以打開或關閉基因的化學標記，深入研究腦部細胞基因的調控和表達機制。這項研究使研究人員能夠識別近200種大腦細胞類型，並且發現即使是相同類型的細胞，相同基因在不同的部位也可能具有明顯不同表現。
 
這些發現為疾病診斷和個性化治療提供了重要工具。通過找到啟動或阻止大腦細胞基因表達的開關，未來我們將有機會可以更了解神經疾病的發病機制，並開發相應的治療方法。如果能精確地找出哪些基因是否有正確的表達，也能協助醫師診斷神經疾病。
 
研究人員還發現到某些大腦細胞的類型與神經精神疾病存在一定的關聯，包括躁鬱症（bipolar disorder）、憂鬱症（depression）和思覺失調症（schizophrenia）。這些發現使科學家能夠測試特定基因或有缺陷的開關是否直接導致疾病的發病。這將為未來研究和疾病治療提供更多的可能性。
 

未來展望：深入研究大腦的下一步

儘管取得了令人興奮的成就，但對於人類複雜大腦的了解，目前的進度僅僅只是研究的開始。下一步研究人員計劃對大腦各個區域特有的細胞類型進行更詳細的分析，並研究大腦在不同人群和年齡的變化。這一領域的進展有望徹底改變我們對大腦的理解，並為神經疾病的治療開創新的可能性。人類大腦一直是科學界的一個謎團，但隨著新技術的不斷發展，我們正逐漸解開這個複雜器官的奧祕。建立歷史上最大的大腦細胞地圖是一項重大成就，它為科學家提供了深入研究大腦內部運作的機會，並為未來的研究和醫學治療開創了新的可能性。通過持續的探索，我們有望了解大腦的更多奧祕，並為神經科學和醫學做出更多貢獻。

 
新聞來源
Conroy, G. (2023 October 12). This is the largest map of the human brain ever made. Nature. https://www.nature.com/articles/d41586-023- 03192-2.