Origins of the brain: Complex synapses drove brain evolution
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June 08, 2008

科学最大的挑战之一是要了解人脑的设计原理与起源。新研究已经阐明了演化上的脑部起源，以及它如何演化成如此复杂的结构。

这项研究指出不单是大小赋予了更多脑力，还包括在演化期间神经脉冲愈来愈复杂的分子处理，这让动物能发展出更复杂的行为。

这项研究证明，在神经结合的结构中有二波复杂度的增加，可能已成为允许复杂脑部 -- 包括我们自己的 -- 演化的力量。大基石在大脑袋之前先演化。

当前的想法指出，神经连结的蛋白质成份 -- 称为突触（synapses）-- 从卑微的虫到人类，在绝大部份的动物中都颇类似，而且是较大的动物在突触数量上的增加，让更复杂的思考成为可能。

"我们简单的观点：“更多神经”足以解释“更多脑力”，不单是受到我们研究的支持，" Seth Grant 教授说，Wellcome Trust Sanger Institute，Genes to Cognition Programme 的大头，同时也是此计画领导者。"虽然有许多研究都在观察神经元的数量，但没有一个是在观察神经元连结的分子组成。我们发现在不同物种的神经元连结间，蛋白质的数量有很大的差异。"

"我们研究大约 600 种能在哺乳类动物突触中发现的蛋白，而且很惊讶的发现，这些只有 50% 能在无脊椎动物的突触中找到，在单细胞动物中则约为 25%，那显然没有一个脑袋。"

突触是神经之间的连结，在此来自于一个细胞的电气讯号透过一连串的生物化学交换到下一个。然而，突触并不单是焊在一起的接合点，而是迷你处理器，那赋予神经系统学习与记忆的特性。

很明显地，这项研究证明某些涉及突触的发讯、学习与记忆的蛋白质可以在酵母中发现，它们在这里的作用是回应来自于其环境的讯号，例如因食物受限而产生的压力或温度改变。

"这一组在单细胞动物身上发现的蛋白，代表涉及简单行为的古代或“原”突触（protosynapse），" Grant 教授继续说。"这一组蛋白，随着无脊椎动物与脊椎动物的演化，由额外的新蛋白所美化，而这促成这些动物更复杂的行为。"

"突触上蛋白的数量与复杂性，在多细胞动物浮现时首度爆发，大约在几十亿年前。第二波则发生在脊椎动物出现的时候，大概在 5 亿年前。"

这个团队最主要的成就之一是从苍蝇的脑袋首度分离突触蛋白，那证明无脊椎动物有一组比脊椎动物简单的蛋白质。

对于了解人类思考最重要的是，他们发现，发生在脊椎动物身上的蛋白质扩展，提供了一池蛋白质，那能用来将脑部不同的部份制造成复杂的区域，例如皮质、小脑与脊髓。

因为分子复合体的演化，“大”突触在大脑袋之前浮现，那或许是这些分子的演化事件，让可在人类、灵长类与其他脊椎动物身上发现的大脑袋得以演化。

在动物的行为学研究中，其中突变使突触基因混乱支持了这种结论：在脊椎动物中演化的突触蛋白使得更广泛的行为得以出现，包括涉及最高心智功能的那些。

例如，有一种“脊椎动物创新”基因称为 SAP102，为一只老鼠在解决迷宫挑战时，校正学习策略所需，而且当人缺乏这一种基因时，会导致某种形态的精神障碍。

"突触的分子演化类似于电脑芯片的演化 -- 增加的复杂性赋予它们更多力量，而这些具有最强大芯片的动物，能够做最多，" Grant 教授继续说。

简单的无脊椎物种有一组简单形式的学习，是基于简单分子组成的突触，而复杂的哺乳类动物物种则显现出范围更广的学习类型，则基于非常复杂分子组成的突触。（后略译）

这项新发现对于了解人脑正常功能将很重要，而且与疾病研究有直接关连。Grant 教授的团队最近已确认涉及人类认知受损的基因演化，并将这些不足在老鼠中塑模。（后略译）

来源：http:/ / only- perception. blogs……/ 2008/ 06/ blog- post_8239. html