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基因与脑疾病有何关联?上海科普大讲坛专家带你一同探索大脑的奥秘

来源:新民晚报     记者:郜阳     作者:郜阳     编辑:陆常青     2018-04-01 08:54 | |

图说:两位脑科学领域的专家回答现场观众的提问。来源/上海科技馆(下同)

“大脑是演化而来的,不是被设计出来的。”昨天,上海科普大讲坛第93讲《当我们在谈论大脑时,大脑在想什么?》在上海科技馆举行。中国科学院院士郭爱克、中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所研究员仇子龙两位脑科学领域的专家,带领到场观众一同探索大脑的奥秘。

大脑是人体进行思维活动最精密的器官。人们一直试图了解大脑的本质,探索智力最遥远的起源。脑科学家们公认,人的大脑还有大量的潜力可以挖掘。而大脑与基因存在着千丝万缕的关系,据报道,人脑间的相似度高达94%,至少82%的人类基因都会在大脑中表达。基因与自闭症、阿尔茨海默病、帕金森病等脑疾病之间有着怎样的关系呢?大脑到底是如何工作的?人类和动物的大脑又有哪些区别?关于大脑,有许多的疑问等待着被解答。

图说:中科院上海生命科学研究院神经科学研究所研究员仇子龙阐释脑疾病与基因的关系。

果蝇的两难抉择

据郭爱克院士介绍,人脑有100亿个神经元、1000亿个神经胶质细胞,脑神经纤维总长度达18万公里,可以绕地球四周。为何要研究“抉择”呢?郭爱克表示,生命就是一个不断做出抉择的连续链条。在每一个抉择拐点上,我们人类的大脑能最大限度调用我们的全部知识和经验的积累。“抉择是大脑智力活动的中央舞台,它一定通向自由意志,理性原则和价值的神经表征。”

抉择的“司令部”在哪?抉择的脑机制又是什么?这些都是科学家想要解决的问题。很多人认为果蝇“头脑简单”,不太可能有高级认知活动,可郭院士不这么看。“1986年德国科学家约内斯·贝德诺尔茨和瑞士科学家卡尔·米勒发现陶瓷性金属氧化物钡镧铜氧系统中的高Tc超导电性,掀起了全球高温超导研究的热潮,这在当时是反潮流的。我认为果蝇与我们同在蓝天下,同住地球村是共享生命和智力演化的成果。”

果蝇是极好的经典模式动物,被誉为生命科学的“万能钥匙”。它有清晰的遗传背景、简约的神经系统、较强的繁殖能力、丰富的行为菜单和方便的基因操作。通过在果蝇面对某一图案时给它激光热刺激作为惩罚的方法,郭爱克使果蝇记住某一种颜色、形状的图案是危险的,而另外一种则是安全的。而当给果蝇呈现出相矛盾的图像,即危险的颜色加上安全的形状,或者安全的颜色加上危险的形状时则可以测试到果蝇的两难抉择行为。郭爱克发现,随着颜色的加深,颜色对抉择的影响权重愈加增大,果蝇在各个方向停留的偏好性会呈“S”形曲线。

据悉,将果蝇作为研究两难抉择的模式动物,在国际上郭爱克是第一人。郭院士的研究不仅证明了果蝇具有面对两难局面的简单 “趋利避害”的抉择能力,还初步证明了果蝇脑中蘑菇体结构参与这一过程。为理解脑的这一智能抉择行为提供了更为简约的模型生物和新的抉择范式,也表明基于脑内“价值系统”的抉择行为,并非人类或非人灵长类的“专利”。

图说:中科院院士郭爱克和观众探讨“物质如何通过行为和脑而演化为思维的”。

自闭症和大脑有何关系

“A把球藏在小车里,而B将球转移到一个盒子里。A回来找不到小球,目睹了整个过程的普通人会告诉A去盒子里找,而自闭症患者会告诉A小球就在小车里。”仇子龙研究员用这样一个故事开场,“心理理论是一种能够理解自己以及周围人类的心理状态的能力,这些心理状态包括情绪、信仰、意图、欲望与知识等,而自闭症患者多缺乏这种能力。”

自闭症患者,通常被称为星星的孩子,他们无法与家人或同伴有效沟通,还有许多重复刻板等行为指征。这种先天性的神经发育疾病困扰着全世界难以数计的孩子和他们的家庭。2016年,仇子龙及其团队构建出了显示自闭症症状的转基因猴。这些实验猴会着魔似地绕圈跑,几乎不理睬它们的同伴,当有人盯着它们时会焦虑地发出咕哝声。这些基因工程猴携带了与人类自闭症谱系障碍相关的一个基因——MeCP2。这项研究发现显示了利用遗传工程改造非人类灵长类从而研究神经发育障碍的可行性。“体细胞克隆猴‘中中’‘华华’的诞生会让这项研究更加顺利。”仇子龙表示。

1988年,美国电影《雨人》让自闭症这个医学概念走近了千家万户,其中雨人Raymond刻板而具有超强计算天赋的形象深入人心。“事实上,自闭症患者中只有10%至30%有各种特长能力。另外,没有任何天才是不需要呵护与培养的,自闭症及智力障碍患者中的天才也是一样。自闭症患者中的天才也需要一个包容的家庭和社会,也一定经过艰苦的培养与训练。”

去年,名为“小朋友”画廊的公益活动在朋友圈刷屏。绘画其实只是自闭症患者出现的天赋之一,其他常见的天赋还有数学、音乐以及闪电计算等。“他们的大脑中究竟发生了什么?他们的自闭症易感基因是否与其他人不同?是否有所谓的‘天才自闭症基因’?这些都是我们正在开展的科研课题。”仇子龙表示。

新民晚报见习记者 郜阳

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