极养视界
Nutrition·Enlightened
Vision
营养·点亮视界
「极养视界」科普实验室 原创出品
授权方可转载
2017诺贝尔物理奖获得者
Rainer Weiss、Barry C. Barish、Kip S. Thorne
《极养视界》
2017年「诺贝尔奖」
▼
编辑｜Haoran PHD Grace MND, APD
编审｜Xinyin PHD, RD
设计｜Fay
文章纲要
故事开篇：被偷走的天才大脑
揭秘之旅：天才大脑的研究里程碑
天才大脑引发的思考：神经胶质细胞
影响最强大脑的5大要素：饮食、运动居首位
诺贝尔物理学奖于昨日（2017年10月4日）颁发给了三位致力于引力波（gravitational waves）研究的美国科学家，具体获奖理由是“对LIGO探测器和引力波观测的决定性贡献”。
这两天极养君刷了好多关于引力波的文章，说实话也没太搞懂引力波到底是个啥，天体物理啥的感觉都太抽象，离咱们太遥远，但成功引起极养君注意的是，早在1916年爱因斯坦居然就预言了引力波的存在，引力波的研究也再次检验了广义相对论[1]。
没错！！！极养君最感兴趣的不是“引力波”，而是“爱因斯坦”的大脑：怎样的大脑造就了爱因斯坦？而营养与最强大脑之间又有着怎样的关系呢？极养君将会通过一系列的文章，带领大家一起来探秘 >>>
故事开篇
被偷走的天才大脑
当然极养君并不是第一个对爱因斯坦的大脑产生兴趣的人，1955年4月18日，爱因斯坦因主动脉瘤破裂在美国普林斯顿医院（位于新泽西州）逝世。应召而来的病理学家Thomas Harvey灵机一动，未经爱因斯坦家人许可，悄悄取走了这位享誉世界的物理学家的脑组织（对，你没看错！这是赤裸裸的“偷”啊！）。实际上，爱因斯坦原本是希望遗体火化，Harvey显然违背了他的意愿，还将他的脑组织进行防腐保存。此后，Harvey自称勉强取得了爱因斯坦的儿子Hans Albert的同意，约定将来只能用于科学目的（爱因斯坦的家人并不承认此说法）[2]。下图展示的是爱因斯坦大脑解剖前：
下图展示的是，在1994年BBC纪录片中，Harvey向日本的访客Ken Kenki博士展示了爱因斯坦的大脑，并向他提供了一小部分爱因斯坦的大脑组织带回家。
揭秘之旅
天才大脑的研究里程碑
神经胶质细胞多于常人
然而，Harvey自身缺乏分析大脑的专业技能，因此他开始寻求其他专家的帮助。首先，他将大脑固定保存；然后将其解剖成240个小块和1,000个显微镜片，广泛拍摄；随后，他将标本送到世界各地的神经病学家进行检查，并及时将其中很大的一部分收回。在众多专家之中，有名的一位就是来自加州大学伯克利分校（University of California，Berkley）的Marian Cleeves Diamond教授，也是现代神经科学的创始人之一，她在1985年检测爱因斯坦大脑切片时首次发现了这位天才大脑的异常之处，那就是，与正常人相比，爱因斯坦的脑中存在更多的称为星形胶质细胞（astrocyte）和少突胶质细胞（oligodendrocytes）的神经胶质细胞（glial cells），尤其是在一个涉及图像和复杂思维区域的组织切片里[2-3]。这会是爱因斯坦如此聪明的源头吗？很可惜的是，在那个时代，大家对于大脑的研究都是集中在神经元，而神经胶质细胞仅仅为神经元提供物理性支持，常常被人称为神经系统中的“胶水”（glue），所以一直被忽略！这样一来，Dr. Diamond对于神经胶质细胞的发现自然不会引起太大的波澜，而其与智商（IQ）之间的真正关系仍是个未知之数。
小科普 >>>
神经胶质细胞：广泛分布于中枢神经系统内的，除了神经元（neuron）以外的所有细胞，在中枢神经系统中数量大约是神经元的十倍。具有支持、滋养神经元的作用，也有吸收和调节某些活性物质的功能。胶质细胞虽有突起，但不具轴突，也不产生动作电位。神经胶质细胞可吞噬因损伤而解体破碎的神经元，并能修补填充、形成瘢痕。大脑和小脑发育中细胞构筑的形成都有赖胶质细胞作前导，提供原初的框架结构。神经轴突再生过程必须有胶质细胞的引导才能成功。
星形胶质细胞的功能揭露
1990年，斯坦福大学的Stephen J. Smith教授在顶级杂志《Science》上发文，揭露了星形胶质细胞是大脑里面信号传播的关键一员，它对于学习、记忆甚至天才（智商）都有至关重要的意义[2,4]。
这一重磅证据也让Dr. Diamond对于天才大脑的发现有了一条比较合理的解释，因为星形胶质细胞可以参与认知的诸多过程，所以天才大脑里面异常多的星形胶质细胞（尤其是涉及图像和数学能力的区域）也就顺理成章了[5]！！自此，神经胶质细胞也引起了神经科学家们的重视，美国国立卫生研究所（National Institute of Health）的Richard D. Fields研究员在自己撰写的《The Other Brain》中详述了神经胶质细胞的功能发现及其对整个神经科学领域的革命性影响。
部分脑区的缺失和放大[6,7]
1999年，加拿大麦克马斯特大学（McMaster Unviersity）的一个研究小组在顶级医学期刊《The Lancet》上发文，指出了爱因斯坦大脑的三大异于常人的特征（极养君提醒：下段专业词汇太多，可略过~~）：
爱因斯坦脑部的一部分称为额叶额下回（the inferior frontal gyrus of the frontal lobe）的顶岛盖区域（parietal operculum region）是空的；
一个称为外侧沟（lateral sulcus）或大脑侧裂（Sylvian fissure）的边界区域的部分缺失；
顶叶（parietal lobes） 脑区比平常人大15%左右，这部分大脑主要负责视觉空间认知和数学，也难怪爱因斯坦的数学和物理这么厉害了！
研究人员推测，这些部分的缺失意义在于，让爱因斯坦的想法“看到彼此”（see each other），而不是“相互对话”（speak to each other）（有木有点儿“光比声音快“的意思呢？），这样会让思维更加高效而迅速！！这一点支持爱因斯坦自己的说法，即他是一个视觉思想家（ visual thinker），而不是口头传播者（verbal communicator）。
胼胝体增厚[6,8]
2013年，一项发表在知名医学杂志《Brain》上的研究，分析了爱因斯坦的胼胝体（连接两个大脑半球的大量神经束），研究人员发现爱因斯坦此处的神经连接比普通人更厚，这可能是他高度思维能力的原因之一。
天才大脑“完璧归赵”
1997年，作家Michael Paterniti同意与时年84岁的Harvey一起，开车将爱因斯坦的大脑从新泽西送到加利福尼亚，送还给爱因斯坦的孙女Evelyn Albert，也正是这段旅程，让这位天才科学家的大脑最终还原。有兴趣的读者们，可以去阅读一本名为《Driving Mr. Albert：A Trip Across America with Einstein's Brain》的旅行日志，它讲述了晚年Harvey归还天才大脑的全过程[2]。
天才大脑引发的思考
神经胶质细胞
爱因斯坦的大脑研究持续吸引着科学家们的目光，以前是，现在是，相信以后还是！而反观这颗天才脑袋的“天才”之处，极养君想用“更多、更大、更紧密”来概括！
更多的神经胶质细胞
更大的顶叶
更紧密的大脑半球的连接
上述这些特征共同促进了这颗天才脑袋的形成，也正是这些发现，让神经科学家们意识到了神经胶质细胞对于这颗最强大脑的重要性。那下面，我们就来详细了解一下神经胶质细胞与大脑吧！
神经元与神经胶质细胞｜中枢神经系统含有神经元和神经胶质细胞两类细胞，如下图所示，神经胶质细胞（图示中的星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞是最主要的三类）散布在神经元周围，对神经元起到支撑、营养供给、维持内稳态和形成髓鞘来提供绝缘的作用。（点击阅读 🔗《胆固醇：你是敌是友？｜大脑篇》）神经胶质细胞的数量远远超过神经元，与神经元的数量比随动物的进化而增加，有人估计人类中枢神经系统中数量比约10:1，在大脑皮层中约为2:1。由于胶质细胞比神经元小得多，估计只占神经组织全部体积的1/2。
小科普 >>>
髓鞘是包裹在神经细胞轴突外面的一层膜，由神经胶质细胞形成。其作用是绝缘，防止神经电冲动从神经元轴突传递至另一神经元轴突。
神经胶质细胞的功能｜这类细胞的功能远远不止是为神经元细胞提供支撑，而其在整个大脑的信号传导中起到了不容忽视的作用。在过去这20几年里，关于其生物学和病理学功能的研究已经有了长足的进步，在这里，极养君给大家科普一些：①框架、支持作用；②修复、再生作用；③免疫应答；④物质代谢和营养中心；⑤绝缘；⑥稳定细胞外的钾离子浓度；⑦参与某些神经递质的代谢和传递；⑧增强突触形成与强化突触传递等。相信，后续的研究还会揭露其更多的功能（如最近发现的大脑衰老[9]）。神经胶质细胞的重要作用决定了它的异常必然会给身体带来坏处（同样地，身体的异常也会对神经胶质细胞造成损伤），这一点也在病理学研究方面得到了证实。多种常见疾病被发现与此有关，如中枢神经损伤、中风、脑血管疾病、癫痫、多发性硬化症等等。
神经胶质细胞与认知（智商）｜对于爱因斯坦大脑的研究，激发了神经科学家们对神经胶质细胞的研究兴趣。虽然在动物模型（主要是啮齿类）上，神经胶质细胞与认知的关系已经有确凿证据，但在人体研究方面，尚无直接证据。这里，有个经典试验给大家分享一下：来自于University of Rochester Medical Center 的Steven Goldman课题组的研究人员把神经胶质细胞祖细胞移植到了小鼠脑袋里，等小鼠长大后对其进行分析，结果发现，拥有人类神经胶质细胞老鼠的认知能力（记忆和学习）显著高于普通老鼠[10]。虽然不是直接在人体进行试验，但这是第一个证明人类神经胶质细胞可以提高认知的直接证据！！我们一直假设突触是两个脑细胞（神经元）携带信息的连接点，由两个脑细胞组成。而事实是，除了两个脑细胞外，神经胶质细胞也是突触不可或缺的一部分，也是提升智商所必需！！最新的一篇发表在《Brain Structure and Function》上的综述文章，详细概括了星形胶质细胞（对！就是爱因斯坦大脑里超多的那个细胞！）的结构和功能研究进展，值得一读！[11]
小科普 >>>
突触是指一个神经元的冲动传到另一个神经元或传到另一细胞间的相互接触的结构。突触是神经元之间在功能上发生联系的部位，也是信息传递的关键部位。在光学显微镜下，可以看到一个神经元的轴突末梢经过多次分支，最后每一小支的末端膨大呈杯状或球状，叫做突触小体。
影响最强大脑的5大要素
饮食、运动居首位
没错，天才大脑是天生的。即便如此，科学家们在探索是什么在影响着大脑功能的路上，却从未疲倦过。天才大脑是无法造就的，但后天我们又可以为我们的大脑形成做些什么？让其可以成为我们自己的最强大脑呢？拥有健康的神经胶质细胞（尤其是星形胶质细胞），或许是我们探秘的开端。
专家视角｜Dr. Diamond利用自己职业生涯中对于星形胶质细胞的研究经验，总结了5大要素：①良好的饮食（good diet）、②运动（exercise）、③挑战性（challenge）、④新颖性（novelty）和⑤爱（love）（她注意到，实验室里的老鼠经常拥抱相依时，往往活得较久）[12]。着眼于这5大要素，可以增强抗压的能力和保持精神的集中。虽然，她的这个观点还没有100%的证据支持，但已经开始有越来越多的研究在指向这一方向。
Dr. Diamond上述5大要素总结，如磁石一般吸引着极养君对影响大脑的环境、营养、生活方式等因素做更深入的探讨。敬请关注《极养视界》“天才大脑”系列科普文章，持续更新中！
■■
参考文献
[1] Albert Einstein: the man who predicted gravitational waves. Link: http://www.bbc.com/news/science-environment-35557727
[2] Einstein's Brain Unlocks Some Mysteries Of The Mind. Link: http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=126229305
[3] Marian Diamond, known for studies of Einstein’s brain, dies at 90. Link: http://news.berkeley.edu/2017/07/28/marian-diamond-known-for-studies-of-einsteins-brain-dies-at-90/
[4] Cornell-Bell AH, Finkbeiner SM, Cooper MS, Smith SJ. Glutamate induces calcium waves in cultured astrocytes: long-range glial signaling. Science. 1990 Jan 26;247(4941):470-3.
[5] Colombo JA, Reisin HD, Miguel-Hidalgo JJ, Rajkowska G. Cerebral cortex astroglia and the brain of a genius: a propos of A. Einstein's. Brain Res Rev. 2006 Sep;52(2):257-63. Epub 2006 May 3.
[6] The Real Genius of Albert Einstein’s Brain. Link: http://www.huffingtonpost.com/garry-rodgers/the-real-genius-of-albert_b_8590922.html
[7] Witelson SF, Kigar DL, Harvey T. The exceptional brain of Albert Einstein. Lancet 1999 Jul 17;354(9174):258.
[8] Falk D1, Lepore FE, Noe A. The cerebral cortex of Albert Einstein: a description and preliminary analysis of unpublished photographs. Brain. 2013 Apr;136(Pt 4):1304-27. doi: 10.1093/brain/aws295.
[9] Han X, Chen M, Wang F, Windrem M, Wang S, Shanz S, Xu Q, Oberheim NA, Bekar L, Betstadt S, Silva AJ, Takano T, Goldman SA, Nedergaard M. Forebrain engraftment by human glial progenitor cells enhances synaptic plasticity and learning in adult mice. Cell Stem Cell. 2013 Mar 7;12(3):342-53. doi: 10.1016/j.stem.2012.12.015.
[10] Soreq L; UK Brain Expression Consortium; North American Brain Expression Consortium, Rose J, Soreq E, Hardy J, Trabzuni D, Cookson MR, Smith C, Ryten M, Patani R, Ule J. Major Shifts in Glial Regional Identity Are a Transcriptional Hallmark of Human Brain Aging. Cell Rep. 2017 Jan 10;18(2):557-570. doi: 10.1016/j.celrep.2016.12.011.
[11] Vasile F, Dossi E, Rouach N. Human astrocytes: structure and functions in the healthy brain. Brain Struct Funct. 2017 Jul;222(5):2017-2029. doi: 10.1007/s00429-017-1383-5.
[12] The Scientist Who Studied Einstein's Brain Learned That These 5 Factors Make You Smarter. Link: https://www.inc.com/mithu-storoni/what-einsteins-brain-tells-us-about-intelligence-a.html
[13] Dror DK, Allen LH. Effect of vitamin B12 deficiency on neurodevelopment in infants: current knowledge and possible mechanisms. Nutrition Review, 2008 May, 66(5), 250-255.
[14] Yehuda S, Rabinovitz S, Mostofsky DI. Essemtial fatty acids and the brain: from infancy to aging. Neurobiol Aging. 2005 Dec;26 Suppl 1:98-102.
[15] Armitage JA1, Pearce AD, Sinclair AJ, Vingrys AJ, Weisinger RS, Weisinger HS. Increased blood pressure later in life may be associated with perinatal n-3 fatty acid deficiency. Lipids. 2003 Apr;38(4):459-64.
[16] Clifford JJ1, Drago J, Natoli AL, Wong JY, Kinsella A, Waddington JL, Vaddadi KS. Essential fatty acids given from conception prevent topographies of motor deficits in a transgenic model of Huntington's disease. Neuroscience. 2002;109(1):81-8.
[17] Das UN. Can perinatal supplementation of long-chain polyunsaturated fatty acids prevent schizophrenia in adult life? Med Sci Monit. 2004 Dec;10(12):HY33-7. Review.
[18] Oltmanns J, Godde B, Winneke AH, Richter G, Niemann C, Voelcker-Rehage C, Schömann K, Staudinger UM. Don't Lose Your Brain at Work - The Role of Recurrent Novelty at Work in Cognitive and Brain Aging. Front Psychol. 2017 Feb 6;8:117. doi: 10.3389/fpsyg.2017.00117. eCollection 2017.
点击加入「极养学社」
分享学习心得 参与学术讨论
- END -
联系客服
