科学家发现大脑皮层发育的关键因素
德克萨斯农工大学医学院的科学家们在大脑发育方面取得了突破性的发现。这一新信息有助于我们理解大脑中使人类比其他哺乳动物更聪明的部分是如何发育的，并为导致智力残疾(包括自闭症谱系障碍)的原因提供了见解。
多年来，专家们已经知道一层薄薄的细胞在大脑皮层大脑中控制高级功能(如认知、感知和语言)的部分与哺乳动物的智力直接相关。新大脑皮层的表面积越大，该有机体的心智能力就越发达。例如，人类大脑新皮层的厚度只比老鼠大3倍。然而，人类大脑新皮层的表面积是老鼠的1000倍。大脑这部分的畸形发展为发育缺陷，包括自闭症谱系障碍还有智力障碍。
目前尚不清楚的是，大脑这部分的进化扩张是如何优先发生的，有利于扩大新皮层的表面积，而牺牲了它的厚度。最早的种群是怎样的神经干细胞在这个过程中，大脑的组成部分分布是一个关键因素。
“有许多，我们称之为，水平排列在新皮层中的单个处理单元。你拥有的表面积越大，你可以容纳的这些处理单元就越多，”医学院杰出教授、E.L.韦纳-韦尔奇基金会化学主席、这项研究的合著者维塔斯·a·班卡提斯说细胞的报道．“问题是，为什么随着哺乳动物进化树的上升，新皮层的表面积相对于厚度要大得多?”为什么神经干细胞在增殖的过程中会向横向扩散，而不是堆叠在一起?”
这个问题很关键，因为当细胞不散开，而是堆积起来时，它会形成一个更厚的新皮层，而一个更小的皮层表面积这一特征在智力残疾甚至自闭症病例中都有观察到。
该研究的合著者、医学院助理教授谢志刚(音)说:“研究最多的智力残疾遗传原因之一是一种最初被称为LIS1的基因的突变。”“这种基因突变会导致大脑光滑，这与智力残疾有关。一个典型的观察是病人的新皮层比正常人厚。最近的研究也发现了自闭症患者大脑的共同差异，包括这些个体的新皮层区域异常增厚。”
科学家们早就知道，当神经干细胞分裂时，它们的细胞核在其解剖空间内上下移动，这是细胞周期的一个功能，这个过程被称为核互动迁移。它们利用细胞骨架网络来做到这一点，这个网络就像火车轨道上的引擎，以一种严格控制的方式上下移动细胞核。虽然已经提出了几个想法，但为什么核以这种方式移动，这种火车轨道网络如何被控制，以及相互作用的核迁移在新皮层的发育中起什么作用，仍然是一个谜。
在他们的研究中，谢和班卡提斯为这些问题提供了答案。
至于原因，班卡提斯解释说，在新皮层发育的胚胎阶段，当有如此多的细胞如此紧密地聚集在一起时，它们的细胞核上下移动会产生相反的向上和向下的力量，从而使分裂的神经干细胞扩散出去。
班卡提斯说:“想想一管牙膏。“如果你拿起牙膏管，把它放在双手之间，从底部向上推，从顶部向下推，会发生什么?”它会变平并展开。这就是它的基本原理。有一个向上的力和一个向下的力，这是由细胞核的运动引起的，细胞核将这些细胞扩散开来。”
Xie和Bankaitis还展示了细胞是如何做到这一点的，他们将几个不同的途径连接在一起，共同“告诉”新生的神经干细胞该去哪里。
班卡提斯说:“我认为，这是第一次真正将分子和信号通路结合在一起，表明这一过程是如何控制的，以及为什么它与神经发育缺陷有关。”“我们已经采取了生化途径，将其与细胞生物学途径联系起来，并将其与信号通路它与细胞核对话，促进核行为，从而产生一种力量，发展出复杂的大脑。它现在是一个完整的电路。”
这项研究的结果揭示了自闭症风险、智力障碍和神经管出生缺陷的潜在原因的一个重要因素。关于调节新皮层形状的基本原理的新知识也将有助于体外设计大脑培养系统更准确地反映了感兴趣的发育过程，并改善了神经药物开发的前景。
“虽然可能有很多原因可以证明为什么新皮层增厚而不是扩散，但我们的工作为自闭症患者提供了一个新的视角智障人士通常会显示出更厚的皮质。”“LIS1基因产物是核迁移的核心调节器，包括我们在这项工作中研究的相互作用的核迁移，这一事实支持了我们在本文中得出的结论。”
