大型哺乳动物大脑结构的可塑性：不仅仅是缩小道路

doi:10.4103/NRR.NRR-D-24-01438

摘要/Abstract

摘要： https://orcid.org/0000-0002-1469-8898 (Luca Bonfanti)

Abstract: The capacity of the central nervous system for structural plasticity and regeneration is commonly believed to show a decreasing progression from “small and simple” brains to the larger, more complex brains of mammals. However, recent findings revealed that some forms of neural plasticity can show a reverse trend. Although plasticity is a well-preserved, transversal feature across the animal world, a variety of cell populations and mechanisms seem to have evolved to enable structural modifications to take place in widely different brains, likely as adaptations to selective pressures. Increasing evidence now indicates that a trade-off has occurred between regenerative (mostly stem cell–driven) plasticity and developmental (mostly juvenile) remodeling, with the latter primarily aimed not at brain repair but rather at “sculpting” the neural circuits based on experience. In particular, an evolutionary trade-off has occurred between neurogenic processes intended to support the possibility of recruiting new neurons throughout life and the different ways of obtaining new neurons, and between the different brain locations in which plasticity occurs. This review first briefly surveys the different types of plasticity and the complexity of their possible outcomes and then focuses on recent findings showing that the mammalian brain has a stem cell–independent integration of new neurons into pre-existing (mature) neural circuits. This process is still largely unknown but involves neuronal cells that have been blocked in arrested maturation since their embryonic origin (also termed “immature” or “dormant” neurons). These cells can then restart maturation throughout the animal’s lifespan to become functional neurons in brain regions, such as the cerebral cortex and amygdala, that are relevant to high-order cognition and emotions. Unlike stem cell–driven postnatal/adult neurogenesis, which significantly decreases from small-brained, short-living species to large-brained ones, immature neurons are particularly abundant in large-brained, long-living mammals, including humans. The immature neural cell populations hosted in these complex brains are an interesting example of an “enlarged road” in the phylogenetic trend of plastic potential decreases commonly observed in the animal world. The topic of dormant neurons that covary with brain size and gyrencephaly represents a prospective turning point in the field of neuroplasticity, with important translational outcomes. These cells can represent a reservoir of undifferentiated neurons, potentially granting plasticity within the high-order circuits subserving the most sophisticated cognitive skills that are important in the growing brains of young, healthy individuals and are frequently affected by debilitating neurodevelopmental and degenerative disorders.

Key words: adult neurogenesis, amygdala, brain plasticity, cerebral cortex, comparative approach, evolution, immature neurons

. 大型哺乳动物大脑结构的可塑性：不仅仅是缩小道路[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2021, 21(5): 1669-1680.

Marco Ghibaudi, Alessandro Zanone, Luca Bonfanti. 大型哺乳动物大脑结构的可塑性：不仅仅是缩小道路[J]. Neural Regeneration Research, 2021, 21(5): 1669-1680.

参考文献

引言

出版重点

《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

期刊出版来自于脑损伤与神经再生、脊髓损伤与神经再生、周围神经损伤与神经再生和神经退行性病与神经再生、神经影像与神经再生的相关研究。期刊关注神经损伤与再生过程中的轴突再生、突触生长、神经可塑性、神经修复和替代、神经移植等最新研究成果。尤其关注应用细胞治疗、基因治疗、生物因子治疗、药物治疗、手术治疗、康复治疗、物理疗法、组织工程、生物工程、生物材料、神经假体等干预性方法产生神经再生效果的相关研究。文章应清晰描述抑制神经元损伤、减轻神经元损伤的一系列变化，保护损伤神经元的过程、方法、程度与评价，突出从细胞分子水平以及分子生物学水平解释神经元损伤后以及预后再生的机制。

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文章快阅

延伸阅读

NRR：意大利都灵大学Luca Bonfanti团队概述大脑结构可塑性在神经系统发育过程中的变化

对哺乳动物的神经可塑性进行更深入的比较后发现，大脑解剖结构/大小与结构可塑性之间的关系并不总是线性的。除了突触可塑性（突触可塑性被认为在神经系统中普遍存在并因此有可能随着大脑中神经元接触数量的增加而增加）之外，已知在成人神经发生的发生和速率方面存在其他重要的物种间差异。一些物种（例如蝙蝠和海豚）的出生后神经发生水平非常低，而其他物种（例如一些灵长类动物和人类）仅在幼年生命阶段表现出这种出生后能力。特别是在长寿物种中，这些强大的神经发生过程主要出现在幼年阶段。无论从鱼类到哺乳动物、从小鼠到人类，干细胞驱动的神经发生的系统发育减少是否明显，一种新的“无分裂神经发生”形式（“未成熟”神经元的形成）在大脑较大的哺乳动物中尤为丰富，这一发现挑战了目前关于大脑结构可塑性的系统发育趋势的共识。不同神经系统之间复杂、非线性的相互作用可能会对理解结构可塑性在进化过程中所遵循的逻辑带来挑战；然而，这种复杂性和缺乏知识强调了需要进行更多研究，比较截然不同的物种和动物模型。

来自意大利都灵大学Luca Bonfanti团队认为，不同的人生经历，如教育/职业成就和休闲活动，将成为预防工具，从进化的角度来说，可以将其想象为对再生能力丧失的一种补偿。换句话说，大脑储备可以想象为良好的大脑维护和认知储备的混合体，前者被视为硬件（所有随着年龄增长而导致大脑结构保存的基础过程），后者被视为软件（大脑功能由大脑结构以外的因素解释）。因此，认知储备不应被视为单一的潜在过程；相反，它应该被视为一组在不同时间和空间尺度上起作用的不同过程，其中大脑哺乳动物中广泛扩展的未成熟神经元库可能代表重要的底物。同样，系统发育变异在哺乳动物物种中也发挥着作用，因为啮齿类动物的皮质未成熟神经元数量随年龄增长而逐渐减少，但大脑较大、寿命较长的物种的数量则基本保持不变，包括人类。因此，休眠神经元的数量大幅增加，解剖位置发生变化，并在整个系统发育过程中保持年龄不变，可以代表脑回长寿哺乳动物中年轻神经元的潜在储存库。总之，未成熟神经元的课题才刚刚起步，需要进一步研究来证实目前的假设，并揭示这些细胞在决定大脑可塑性方面所起的生理作用。第一个真正的发现是，随着大脑尺寸和脑回的增加，一种重要的结构（神经源性）可塑性形式在进化过程中从干细胞、嗅球和海马体转移到非分裂神经元、大脑皮层和杏仁核。好消息是，现在已确定的事实是，休眠神经元是脑回哺乳动物大脑结构可塑性系统发育趋势中一条扩大道路的一部分，因此代表了人类的转化热情，为神经病学的预防方法提供了机会，这应该会促使进一步的研究。

文章在《中国神经再生研究（英文）》杂志发表。