A、小鼠觸須接受到的感覺刺激傳入到軀體感覺皮層神經(jīng)元（虛線為其傳導(dǎo)途徑）。B、軀體感覺皮層桶狀區(qū)域第2/3層錐體神經(jīng)元的樹突棘示例。C、軀體感覺皮層神經(jīng)元樹突棘數(shù)目在正常（綠色）和修剪缺陷（灰色）情況下隨年齡變化的趨勢。D、3C復(fù)合物介導(dǎo)樹突棘修剪的競爭模型：由感覺經(jīng)驗(yàn)所帶來的神經(jīng)電活動(dòng)增強(qiáng)導(dǎo)致相鄰樹突棘之間相互競爭細(xì)胞內(nèi)的3C復(fù)合物，這一競爭導(dǎo)致后者在樹突棘之間的重新分布：獲得3C復(fù)合物較多的樹突棘得以存留、成熟，而失去該復(fù)合物的樹突棘則被修剪。

　　勝者一發(fā)不可收，敗者潰不成軍，這般“贏家通吃”的情節(jié)，不僅僅發(fā)生在人與人的世界里，也發(fā)生在腦神經(jīng)環(huán)路的精確化過程中，甚至很可能代表了生物發(fā)育的一種普遍策略。北京時(shí)間8月7日，國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）在線發(fā)表了中科院上海生命科學(xué)研究院神經(jīng)科學(xué)研究所于翔研究組的該項(xiàng)研究成果。新發(fā)現(xiàn)的這一整套基于競爭的分子機(jī)制，對理解正常腦發(fā)育十分重要，對研究自閉癥（又稱孤獨(dú)癥）、精神分裂癥等發(fā)育性神經(jīng)系統(tǒng)疾病有重要的借鑒作用。

　　多練腦可彌補(bǔ)神經(jīng)發(fā)育缺陷

　　神經(jīng)環(huán)路并非一成不變，可在來自外界刺激的“調(diào)教”下修正、重塑

　　人類的大腦包含大約1000億個(gè)神經(jīng)元，這個(gè)數(shù)字是整個(gè)銀河系恒星數(shù)目的10倍。平均每個(gè)神經(jīng)元又與其他神經(jīng)元形成約1000個(gè)被稱為“突觸”的聯(lián)接節(jié)點(diǎn)。也正因?yàn)橛辛诉@些將興奮性或抑制性的輸入信息傳來送往的神經(jīng)元“信使”，大腦才能調(diào)控人的感覺、運(yùn)動(dòng)、記憶與情感。

　　大腦與外部世界的“互動(dòng)”遠(yuǎn)不止簡單的信息交換?？茖W(xué)家早已發(fā)現(xiàn)，大腦的某些功能會(huì)在外界刺激的影響下發(fā)生改變，即大腦具有可塑性。那些負(fù)責(zé)感覺、運(yùn)動(dòng)、記憶、情緒的神經(jīng)環(huán)路，并非一成不變，而是不斷地在來自外界刺激的“調(diào)教”下修正、重塑。

　　比如，在人的青春期，神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)經(jīng)歷一場奇妙的自我優(yōu)化“魔術(shù)”，“魔術(shù)”的名字叫“樹突棘修剪”。樹突棘是神經(jīng)系統(tǒng)中的一種微結(jié)構(gòu)，在大腦發(fā)育早期，樹突棘的數(shù)目與突觸一樣快速增加，形成功能性的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。然而它并非永遠(yuǎn)多多益善，當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度達(dá)到一定程度后，即在由青春期漸入成年期的階段，樹突棘的總數(shù)反而顯著減少，也就是說已形成的聯(lián)接會(huì)被“修剪”，從而達(dá)到最佳的信息傳遞與儲(chǔ)存效果。科學(xué)家在包括自閉癥、精神分裂癥在內(nèi)的發(fā)育性神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，均發(fā)現(xiàn)了樹突棘修剪的異常。然而，背后調(diào)控這一切的分子機(jī)制，始終懸而未決。

　　競爭使神經(jīng)環(huán)路聯(lián)接更精確

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪桥c小鼠觸須相對應(yīng)的大腦感覺區(qū)域——桶狀皮層，因?yàn)樾∈蟮挠|須是一種非常發(fā)達(dá)的感覺器官，覓食、探索、感知危險(xiǎn)等日常活動(dòng)都有賴于觸須的感覺輸入。研究人員從中發(fā)現(xiàn)了樹突棘的競爭關(guān)系：勝者更加強(qiáng)壯與成熟，而失敗的一方則接受被修剪的懲罰。

　　那么，又是誰主宰著樹突棘的不同命運(yùn)？研究組在體外培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元體系中，用活細(xì)胞成像、光遺傳學(xué)等手段找到了答案：是對一類名叫“cadherin/catenin細(xì)胞粘附復(fù)合物”（又稱3C復(fù)合物）的關(guān)鍵分子的競爭，決定了樹突棘的命運(yùn)。好資源總是稀少的，細(xì)胞內(nèi)的3C復(fù)合物不足以滿足每一個(gè)樹突棘的需求，誰搶到了更多，誰就更易存活與成熟，而它的鄰居則淪為倒霉蛋，因掌握的3C復(fù)合物太少而更易被修建掉。

　　“越來越多的3C復(fù)合物不斷積累到獲勝的樹突棘中，而那個(gè)失敗的樹突棘不斷失去3C復(fù)合物，只能任由自己的結(jié)構(gòu)松散、崩潰，最后難逃被修剪的命運(yùn)。”于翔指出，神經(jīng)系統(tǒng)以這樣一種簡單的競爭機(jī)制保證了使用頻率較高、輸入較強(qiáng)的環(huán)路聯(lián)接被保留下來并加以強(qiáng)化，而使用頻率低、輸入較弱的聯(lián)接被去除，從而使系統(tǒng)資源得到最優(yōu)化的分配，神經(jīng)環(huán)路的聯(lián)接更加精確。