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

　　勝者一發(fā)不可收，敗者潰不成軍，這般“贏(yíng)家通吃”的情節，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(guò)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，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《細胞》（Cell）在線(xiàn)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研究成果。新發(fā)現的這一整套基于競爭的分子機制，對理解正常腦發(fā)育十分重要，對研究自閉癥（又稱(chēng)孤獨癥）、精神分裂癥等發(fā)育性神經(jīng)系統疾病有重要的借鑒作用。

　　多練腦可彌補神經(jīng)發(fā)育缺陷

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

　　人類(lèi)的大腦包含大約1000億個(gè)神經(jīng)元，這個(gè)數字是整個(gè)銀河系恒星數目的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(chēng)為“突觸”的聯(lián)接節點(diǎn)。也正因為有了這些將興奮性或抑制性的輸入信息傳來(lái)送往的神經(jīng)元“信使”，大腦才能調控人的感覺(jué)、運動(dòng)、記憶與情感。

　　大腦與外部世界的“互動(dòng)”遠不止簡(jiǎn)單的信息交換。科學(xué)家早已發(fā)現，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。那些負責感覺(jué)、運動(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(lái)自外界刺激的“調教”下修正、重塑。

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

　　競爭使神經(jīng)環(huán)路聯(lián)接更精確

　　實(shí)驗模型是與小鼠觸須相對應的大腦感覺(jué)區域——桶狀皮層，因為小鼠的觸須是一種非常發(fā)達的感覺(jué)器官，覓食、探索、感知危險等日常活動(dòng)都有賴(lài)于觸須的感覺(jué)輸入。研究人員從中發(fā)現了樹(shù)突棘的競爭關(guān)系：勝者更加強壯與成熟，而失敗的一方則接受被修剪的懲罰。

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

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