超级计算机中的故障

您的大脑是世界上最先进的超级计算机。但在亨廷顿舞蹈症 (HD) 中，这台计算机的一个核心处理器开始出现故障。利用先进的成像技术，UCLA 的一个研究小组近距离观察并识别、直观展示了受 HD 影响最严重的大脑区域中出现故障的特定回路，以及疾病如何导致它们变得不同。他们发现，在 HD 中受影响的中央脑区（纹状体）的特定回路（称为中型多棘神经元）的连接性降低，且棘突比正常情况下更少。

世界上最复杂的计算机

世界上最复杂的计算机并非由微芯片制成，它就在您的脑海中。虽然最快的超级计算机在原始计算能力上可以与人类大脑媲美，但没有什么能比得上您大脑非凡的灵活性和效率。

简单举个例子，目前最强大的超级计算机是位于加利福尼亚州的“El Capitan”，它在两个网球场大小的区域内塞满了尖端设备，耗电量相当于一个小镇。而大脑只有葡萄柚大小，仅靠一个微弱灯泡的能量运行，却奇迹般地实现了同样的计算能力。更不用说 El Capitan 不会跳舞、唱歌、接球，也无法完成您大脑能做的无数其他神奇的事情！

显然，了解您脑中这台不可思议的计算机如何运作，以及它在 HD 中如何发生故障是非常值得的。那么，这台计算机的哪些部分在 HD 中受到影响？我们又该如何理解出了什么问题？UCLA 的一个尖端研究小组采用了一些极具创意的方法来回答这些问题。

HD 中的中央计算故障

大脑并不完全像由微芯片组成的计算机，但也有一些相似之处。首先，大脑通过输入和输出来处理信息。这种处理过程是通过称为神经元的特殊细胞完成的，它们的运作方式有点像微芯片中的回路。和计算机一样，大脑被划分为处理不同事物的不同部分。

大脑拥有惊人的 860 亿 个神经元和同样数量的支持细胞，这些细胞的总数大约与银河系中的恒星数量相当。您的大脑利用所有这些脑细胞所能达到的规模确实令人震惊。El Capitan 根本无法与之相比。

我们这台神奇计算机最重要的部分之一是被称为纹状体的大脑中央区域，它进一步分为尾状核和壳核。

您可以将纹状体想象成许多大脑过程的“中央车站”——许多回路连接于此。纹状体是 HD 中受影响最严重的大脑部分之一，这就是为什么 HD 的症状如此多样，包括不自主运动、情绪问题和思维困难。因此，要了解 HD，就必须了解纹状体。

HD 中受影响的一种特殊回路

大脑的某些部分有数十种不同类型的神经元，但幸运的是，纹状体中的神经元并不像大脑其他部分那样多样。这使得纹状体更容易理解。

您可以将纹状体想象成计算机中的处理集群，拥有许多彼此相似的回路。纹状体中的这些回路被称为 中型多棘神经元，它们代表了那里发现的大部分神经元。“中型多棘神经元”听起来可能像是个编造的名字，但这确实是科学家的称呼，因为它们的外观就是如此！它们大小中等且有很多棘突。您可能也见过它们的简称 MSNs。

为什么中型多棘神经元有这么多棘突？这是因为每个中型多棘神经元都会接收来自大脑中许多其他神经元的信号，而这些输入都是通过从中型多棘神经元伸出的小棘突完成的。中型多棘神经元有很多输入，所以它们有很多棘突。还记得它是大脑的“中央车站”吗？

中型多棘神经元显然非常重要，但我们并不确切知道它们是如何单独连接到大脑其他部分的，只知道它们有很多输入。中型多棘神经元在 HD 中特别脆弱，科学家认为这会导致纹状体发生故障并引发 HD 症状。

在三维空间绘制回路图

令人惊讶的是，除了知道它们多棘之外，关于中型多棘神经元外观的研究非常少。它们看起来都一样吗？当它们在 HD 中受损时是什么样子的？由 X. William Yang 博士领导的 UCLA 著名研究小组决定绘制出大脑中中型多棘神经元的外观，以及它们在 HD 中发生了什么。

为此，该小组对中型多棘神经元进行了标记，使其在显微镜下发光，并标记了每个棘突——称为树突棘，或简称为树突。他们无法在人类大脑中进行这种标记，因此他们在同样拥有纹状体的小鼠大脑中进行了实验。在标记了中型多棘神经元及其棘突（树突）后，他们将纹状体切成薄片，并对每片薄片进行详细成像，以观察中型多棘神经元的外观。

这有点像切开一个里面散布着小水果的浓稠果冻模具，这样您就可以更容易地看到水果。这使得研究人员能够观察到每个切片内三维空间中的中型多棘神经元。值得注意的是，这是第一次有人以这种方式观察中型多棘神经元！那么他们看到了什么？

并非所有回路看起来都一样

纹状体实际上被进一步划分为处理集群，尽管它们都拥有在 HD 中受影响的中型多棘神经元。因此，研究人员决定评估这些不同集群中中型多棘神经元的外观。

他们测量了关于中型多棘神经元的各种变量，比如它们有多少棘突、它们有多长，以及棘突分支成更小棘突的频率。这有点像观察计算机特定部分的回路，并研究每个回路有多长以及它们通向何处。

有趣的是，中型多棘神经元在纹状体的不同部分看起来略有不同。在纹状体的某些部分，棘突比其他部分长，而在其他部分则较短。在纹状体的某些部分，棘突数量更多，而在某些部分，分支更多。显然，这些中型多棘神经元在纹状体中的布线情况比我们之前了解的要复杂得多。

在 HD 中，回路连接比应有的要少

纹状体的中型多棘神经元在 HD 中特别脆弱，并在疾病早期就开始出现故障并消失。那么，科学家们观察到 HD 中这些不同的中型多棘神经元回路的形状和外观有什么特点呢？

为了研究这一点，他们进行了同样的标记、大脑切片和显微镜成像，但这次是在具有扩展 CAG 重复序列的 HD 模拟小鼠身上进行的。有趣的是， HD 小鼠的中型多棘神经元复杂程度较低，分支也较少。

这表明在 HD 中，中型多棘神经元与大脑其他部分之间的回路连接可能比应有的要少。换句话说，HD 中纹状体的故障可能与大脑其他部分的连接性降低有关，就像处理核心失去了与计算机其他部分的连接一样。

了解受 HD 影响的神经元如何失去与大脑其他部分的连接，对于了解如何修复它们或从一开始就阻止它们发生故障至关重要。通过更多此类研究，我们可以在未来开发出更好的方法来追踪和治疗 HD 的病因。

摘要

• 您的大脑是世界上最复杂的计算机
• HD 导致这台计算机的一个特定部分（纹状体）发生故障
• 纹状体中被称为中型多棘神经元的特定回路似乎在 HD 中丢失了
• 研究表明，中型多棘神经元在纹状体不同部分的外观和连接略有不同
• 中型多棘神经元在 HD 中似乎复杂程度较低，且连接较少