电视剧Heroes已播出三季，里面的主角几乎个个都拥有超能力，有先天遗传的，也有后天习得的，比如一度被公认为反面人物的Sylar，就是通过开颅窥视别人的大脑，从而获得受害者的超能力。编剧至今还没有揭示Sylar如何洞察大脑的运作，观众只好猜测由于Sylar曾是一个出色的钟表匠，因此他能够了解像钟表一样结构精密复杂的大脑。那么，在现实世界中，我们对大脑了解多少呢？每年关于脑研究的文献成千上万，但是有一些最基本的生物学问题尚未解决，其中一个被年复一年争论的问题就是：人脑中究竟有多少种神经细胞?
我们知道，人的脑主要由两类细胞组成：神经细胞和神经胶质细胞。神经细胞，又称神经元，是脑神经组织的结构和功能单位。神经元由胞体和突起构成，胞体是其代谢中心。突起从胞体伸出，分为树突和轴突。神经元通常具有多个树突，主要用来接受传入信息，将神经冲动传向胞体；而轴突只有一条，主要功能是将神经冲动传离胞体到其他神经元或效应器。神经胶质细胞分布在神经元之间，没有传导冲动的功能，对神经元起着保护、营养、支持等作用[1]。成人大脑新皮质 (Cerebral neocortex)约有200亿个神经元，而整个脑中估计有1000亿个神经元，另外有10-50倍于神经元数目的神经胶质细胞 [2]。我们复杂的生理活动、语言、记忆、情感等等都要由这些神经元来一一掌控，要划分它们的种类，无疑是一项非常艰巨的任务。
白猫和黑猫是一种猫吗？——什么样的神经元能被归于同种细胞 (Cell type)?
大约一个世纪以前，神经科学之父卡哈尔(Santiago Ramon y Cajal)在Golgi染色法的基础上创造了还原硝酸银染色法，从而观察到神经的细微结构；神经学由此开始以细胞形态来划分神经元的种类，比如大脑新皮质的神经元依据其形态可分为锥体细胞 (Pyramidal cell)、颗粒细胞 (Granular cell)和梭形细胞 (Fusiform cell)三大类。后来，研究人员结合细胞的形态学、生物化学、生理学等特征，不断发现和命名了许多种神经元。近年来，科学家还根据神经元的基因表达差异，来鉴定它们的种类，比如视网膜神经节细胞中的新类型Melanopsin cell, 就因其细胞特异表达一种感光视蛋白——Melanopsin（中文译为视黑质、视黑蛋白、黑视素或黑素蛋白等）而得名[3][4]。可以看出，对神经元最初的分类仅是凭借直观经验，即默认形似则神似；而利用分子生物学对不同神经元的基因表达进行研究后，则在其生物学功能本质上有了更深入的认识。
那么什么样的神经元才算是同一种细胞呢？Kojiro Yano等认为从严格意义上说，同种神经元在其定位、蛋白质表达谱、兴奋性以及与其他类型神经元的联系方式上都应相同，而且要具有同一种功能[5]。Sacha B. Nelson等则更强调神经元的功能，提出了一个很有意思的假设：如果一个神经元被移植后能够完全代替另一个神经元的所有功能，那么可以认为它们是同一类型 [6]。 Mihail Bota和Larry W. Swanson花费几年时间建立了BAMS (Brain Architecture Management System) [7][8]，让我们可以查询到脊椎动物神经元的名称、定义、蛋白表达等。不过，这些信息都是基于现有文献整理后罗列出的，因而在BAMS中有多达7大类划分标准（包括按神经元的形态、生理、定位、神经冲动的目标区域或传入区域等划分），其下又有更为细致的标准，以神经元的形态为例，可以因其胞体形态、轴突形态、树突形态或综合形态的不同而归于不同的种类。由于缺乏详细、统一的划分标准，神经元的种类显得较为混乱。
你也叫刘跃进？——同名神经元是同种细胞吗？
小脑中的浦肯野细胞(Purkinje cell)可以说是大名鼎鼎，绝不会被混淆，这要归功于小脑相对简单的构造和浦肯野细胞本身如大树根般分支复杂、易被辨认的形状；而锥体细胞的定义就显得含糊多了，不仅在大脑新皮质中有不同大小的类型，而且在海马中也有它们的身影。另外，许多神经元由于研究者不同而拥有了不同的名称，甚至由于不同的语言翻译而显得古怪或易被混淆，比如上面提到的Melanopsin cell的译名。对于成百上千种的神经元来说，确实需要像基因和蛋白质那样有统一的命名标准。
一盒糖还是一罐糖？——量词除了Type，还需要哪些？
在生物界中，一般以界 (Kingdom)、门 (Phylum)、纲(Class)、目 (Order)、科 (Family)、属 (Genus)、种 (Species)来划分物种；关于神经元的划分，虽然也许不及这么多层次，不过也着实令人眼花缭乱，除了最常用的Type, 还有Class, Subclass, Subtype, Variety等等，而且都因研究者个人的理解而定。在BAMS中，尽管可以查询到神经元的一些分类层次，但是每个层次都清一色地使用了Class一词，因此似乎是不辨高低。Richard H. Masland认为可以用Class来涵盖拥有共同特点的Types, 而 Type可以作为最基本的分类量词，那么Subclass将被摈弃[9]。神经学家们如果有雄心壮志要将大脑中的神经元细细归类，合理的分级系统看来必不可少。
Charles F. Stevens曾经推算，仅大脑皮质中就有至少500种神经元[10]。也许我们并不需要确切地知道人脑中到底有1000种还是1001种神经细胞，就像Heroes的剧情一样，对脑的研究肯定是漫长但值得期待，而且会带给我们惊喜。
参考文献
[1] 段相林，等。人体组织学与解剖学（第4版）。2006年。高等教育出版社，北京。
[2] http://faculty.washington.edu/chudler/facts.html
[3] Provencio, I., et al. Melanopsin: An opsin in melanophores, brain, and eye. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1998. 95:340-5.
[4] Bellingham, J. and Foster, R.G. Opsins and mammalian photoentrainment. Cell Tissue Res. 2002. 309:57-71.
[5] Yano, K., et al. Electrophysiological and gene expression profiling of neuronal cell types in mammalian neocortex. J. Physiol. 2006. 575:361-5.
[6] Nelson, S.B., et al. Probing the transcriptome of neuronal cell types. Curr. Opin. Neurobiol.2006. 16:571-6.
[7] Bota, M. and Swanson, L.W. The neuron classification problem. Brain Res. Rev. 2007. 56:79-88.
[8] Bota, M. and Swanson, L.W. BAMS neuroanatomical ontology: design and implementation. Front. Neuroinform. 2008. 2:2
[9] Masland, R.H. Neuronal cell types. Curr. Biol. 2004. 14:R497-500.
[10] Stevens, C.F. Neuronal diversity: Too many cell types for comfort? Curr. Biol. 1998. 8:R708-10. |
