科学家发现狨猴大脑光滑、人脑多褶皱的细胞层原因

大多数灵长类动物的大脑相对较大，表面覆盖着独特的褶皱和沟回。然而，普通狨猴（Callithrix jacchus）却是一个不同寻常的例外。这些小型猴类的大脑几乎完全光滑，几乎没有褶皱。德国灵长类动物研究中心（DPZ）——位于哥廷根的莱布尼茨灵长类动物研究所的科学家们，现已发现了几个有助于解释这一差异的细胞过程。

利用被称为类脑器官的微型脑结构，研究人员发现，产生神经元的某些神经祖细胞在狨猴体内的发育方式与人类不同。这些差异涉及细胞的结构、分裂速度以及发育时机。这些变化共同减少了产生的神经元数量，从而导致狨猴大脑体积更小、表面更光滑。这项研究成果发表在《Science Advances》上，为灵长类动物大脑进化提供了新的见解，并最终可能增进我们对人类大脑发育障碍的理解。为什么有些灵长类动物的大脑是光滑的而不是有褶皱的

为什么有些灵长类动物的大脑是光滑的而不是有褶皱的

大脑大小和表面褶皱程度是区分不同灵长类物种的重要特征。例如，人类大脑表面高度褶皱，类似于核桃的脊和沟。这种结构极大地扩展了大脑的表面积，为数十亿神经元提供了空间，从而支持复杂的思维和其他高级心智能力。

科学家认为，现代灵长类动物的共同祖先已经拥有一个中等大小的大脑，且至少有一些褶皱。然而，并非所有现存的灵长类动物都保留了这些特征。

普通狨猴（Callithrix jacchus）是原产于南美洲的小型猴类，在生物医学研究中正变得越来越重要，它们的大脑几乎没有可见的褶皱。德国灵长类动物研究中心的研究人员着手确定为什么它们的大脑发育与人类和其他灵长类动物如此不同。

“我们想了解细胞层面的哪些变化导致狨猴大脑生长较少且形成的褶皱更少，”该研究的两位共同第一作者之一、DPZ大脑发育与进化初级研究组的博士生 Lidiia Tynianskaia 解释道。“在发育初期，普通狨猴的大脑表现出大型、有褶皱的灵长类大脑的典型结构和组成。因此，随着发育的进行，必然会发生一些过程，有效地减缓神经细胞的产生。”

科学家发现是什么减缓了大脑生长

为了研究这些发育差异，团队比较了由人类和普通狨猴细胞培养的大脑类脑器官。他们的注意力集中在神经祖细胞上，即在大脑发育过程中负责生成神经元的细胞。

这些祖细胞在决定大脑最终大小和形状方面起着主要作用。它们产生的神经元越多，大脑皮层扩张和形成褶皱的潜力就越大。

研究人员发现，狨猴较小、较光滑的大脑皮层并不是单一发育变化的结果。相反，涉及不同类型的祖细胞的几个差异共同作用，限制了神经元的产生和大脑褶皱的形成。

"我们的研究表明，普通狨猴的某些祖细胞的分裂速度明显慢于人类，"该研究的共同第一作者、初级研究组的博士生 César Mateo Bastidas Betancourt 解释道。"其他祖细胞的结构比人类对应细胞更简单，突起更少，因此增殖能力也更弱。这两个因素最终导致神经元数量减少，从而使狨猴的大脑体积更小、大脑皮层褶皱更少。"

科学家们还发现了某些祖细胞特征和行为在发育过程中出现时间的重要差异。与人类相比，狨猴这些细胞能够快速增殖的总体时间窗口更短。

较慢的细胞分裂速率、更简单的细胞结构以及更短的快速生长窗口，共同解释了为什么狨猴大脑产生的神经元更少，且褶皱也少得多。

微型大脑揭示重要发育线索

这项研究在很大程度上依赖于脑类器官——一种由细胞培养而成的三维小型结构，能够重现早期大脑发育的重要特征。这些微型模型使科学家得以在多个样本中研究发育变化，并比较关键过程的时间节点。

"该研究结合了体内和体外方法的优势，"初级研究组脑发育与进化负责人 Michael Heide 说。"类器官非常适合获得统计上可靠的结果，因为这样的样本量在灵长类动物中是无法实现的。随后，我们在胎儿脑组织中重复了一些关键实验，以确认类器官的结果。"

一项特别重要的发现涉及类器官发育与真实狨猴大脑发育之间的关系。研究人员确定，培养 50 天的狨猴脑类器官在发育阶段上与自然发育至第 90 天的狨猴大脑非常接近。

确定这种对应关系至关重要，因为脑类器官和真实大脑的发育速度不一定相同。通过识别相应的发育阶段，科学家们能够进行有意义的比较，并更可靠地解读其实验结果。

光滑的猴脑揭示了人类大脑进化的哪些信息

这些发现有助于解释，构建大脑的细胞在行为和发育时间上的相对微小差异，如何导致灵长类动物之间大脑大小和褶皱程度的巨大差异。

它们还为灵长类动物各种各样的大脑形状和大小如何在进化过程中出现提供了一种可能的解释，包括为什么一些物种进化出了相对光滑的大脑，而另一些物种则拥有更大、褶皱更密集的大脑。

除了进化意义之外，这些发现还为研究人类大脑如何发育以及这些过程被扰乱时会发生什么奠定了基础。更好地理解控制神经元产生和大脑生长的细胞机制，最终可能有助于研究人员研究影响人类大脑的发育障碍。