从演化角度看大脑衰老

信息周末 2024-09-24 14:30:58

大脑是人体较早开始衰老的器官之一。从20岁开始,大脑中的神经细胞会慢慢减少,40岁后,神经细胞以每天1万个的速度递减。尽管新的研究表明,人的一生都会有新的神经细胞生长,但是,随着年龄增长,神经细胞衰老和死亡的速度要远远快于新生神经细胞生长的速度,这个结果必然对记忆力及大脑功能造成影响。

现在,一项新的研究从演化角度描述了人的大脑是如何衰老的。了解这些情况可能有助于防治老年性痴呆和其他失智症,同时也有利于人们在生活中减缓大脑的衰老。

人成为万物之灵是因为大脑特别大,而且在今天,人的大脑还在演化和壮大,尤其是额叶区。英国研究人员利用磁共振成像(MRI)对人类和黑猩猩的大脑进行扫描和对照研究发现,在大脑的衰老过程中,负责决策、创新和自我控制的额叶区是最早也是最容易衰老的部分。这种情况不仅证明了演化中的一种“后进先出”现象,同时也证实,细胞分化存在着一种规律,功能越强的细胞越容易受损,一般的细胞反而不容易受损。神经元就是人体功能特别强大和特别高级的细胞,但也是身体最容易受到伤害和衰老的细胞,由此能解释为何人的大脑最早衰老。

在600万-700万年前,人类和黑猩猩从共同的祖先南方古猿分化出来,人的大脑更是加速演化,不仅容量增加,而且大脑皮层变得复杂起来,由此决定了人有了更好的灵性和创造性。人与黑猩猩分离后,大脑容量增加近2/3,而这增加的部分主要体现在大脑前额叶变得越来越大。

黑猩猩的大脑容量只有约370毫升,人类则达到了1350毫升,人的脑门那块,即前额叶皮层要大很多。人类的大脑神经细胞为100亿-140亿个,黑猩猩的脑容量尽管只有人大脑容量的1/3,但其脑细胞的数量却达到人类大脑细胞的80%,为80亿-112亿个。

人的大脑及额叶(红色部分)。视觉中国|图

人的每个大脑半球有四个脑叶。在大脑最前部是额叶。在额叶后面的上部是顶叶,额叶后面的下部是颞叶。在脑最后部是枕叶。大脑前额叶皮层与认知、情绪、疼痛和行为管理等密切相关。尽管人的大脑额叶只占整个大脑半球面积的25%,但它是人最复杂的心理活动的生理基础,负责计划、调节和控制人的心理活动,与人的目的性和高级行为密切相关。前额叶联合区既与注意、记忆、问题解决等高级认知功能有密切关系,也与人格发展有密切关系。

然而,正是后来演化最快、最后成熟,并且决定人类决策、创新和智力的那部分额叶,也是最容易退化的。大脑衰老正是从这些地方开始。

研究人员利用磁共振成像扫描创建了人类和黑猩猩大脑的数据驱动图谱,并分析了189只9至50岁的黑猩猩和480只20至74岁的黑猩猩的扫描结果。人和黑猩猩的大脑在两个半球一般是对称的,同时有很多相似的解剖结构,尤其是在前额叶皮层的区域。患阿尔茨海默病(老年性痴呆)和几种类型痴呆的患者在大脑的这个区域受到损害,证明这一区域与大脑痴呆有关联。

人类58岁大约相当于黑猩猩的50岁,通过大脑扫描图,研究人员测量了58岁以下人类大脑和50岁以下黑猩猩大脑中的灰质,发现随着时间的推移,两者都有萎缩,但程度不一,大脑灰质的萎缩是衰老的表现之一。不过,两者的大脑萎缩既有区别,也有共性。

人类的大脑额叶皮层(包括前额叶皮层)的萎缩幅度最大,而黑猩猩在参与习性形成和奖励行为的中央结构(纹状体)的萎缩幅度最大。但是,人和黑猩猩的涉及视觉处理和运动技能的大脑区域受衰老的影响较小,这是两者涉及大脑衰老的共同地方。

研究人员也通过人与黑猩猩大脑的对比了解到人类大脑的哪些区域扩张得最大,同时还比较了年龄和性别相当的人类和黑猩猩大脑的扫描结果。对比研究发现,人的前额叶皮层区域是演化发生最快的部位,在与黑猩猩分道扬镳之后,人的这一区域发生了更大的变化,容积也增大,但是,这一区域又是最容易衰老的区域之一。

人的隐藏在大脑深处并参与处理情绪和身体信号的称为岛叶的结构,也显示出快速的演化生长和衰老风险的增加。岛叶是大脑向内凹陷的皮层区域,被包埋在外侧裂之内,无法直接从完整的脑的外部观察到。它与额叶、颞叶和顶叶的皮层相连通。岛叶是脑的边缘系统的一部分,对运动、语言、认知调节和控制、感觉、多模态感觉整合、痛觉、情感、特殊内脏感觉(味觉、嗅觉等)、内脏运动和自主神经,以及心血管功能(血压和心率的调控)等都发挥着重要的作用,而且能将不同功能系统间的信息进行整合。

由此,研究人员得出一个结论,从演化上看,大脑最新、最大的变化区域,也是老龄化最严重的地方。人脑的前额叶皮层区演化最快、成熟最晚,也是最容易衰老的部位这一结论也通过对其他灵长类动物的大脑比较而得出。

研究人员将黑猩猩与橄榄狒狒和恒河猴的大脑进行比较,发现这些动物大脑中经历快速演化扩张的区域和经历加速衰老的区域之间没有这种联系,表明人的大脑的前额叶皮层演化快和衰老也快的特征可能是人类大脑在演化中所独有的。这从另一个角度说明,人脑中最晚成熟的前额叶也还不稳定,会最先出现衰老的迹象。

但是,这也符合一个自然规律,用得最多的物体,也会磨损得最多和受损最早,大脑前额叶既然用得最多,也是最重要的大脑部位,当然也会最早受损,并导致人衰老。极端的表现就是,出现包括老年性痴呆在内的许多失智症。

张田勘

责编 朱力远

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