与某些报道相反，你并非拥有两个大脑

# 与某些报道相反，你并没有两个大脑 来源：https://arstechnica.com/science/2026/09/contrary-to-some-reports-you-dont-have-two-brains/ 一篇糟糕的新闻稿提供了绝佳契机，让我们深入了解发育生物学的工作原理。 上周晚些时候，我们开始看到一些头条新闻，声称新研究表明我们可能拥有两个大脑 (https://www.yahoo.com/news/science/articles/scientists-discover-humans-may-actually-110417169.html)，而不是核磁共振成像扫描所显示的那一个。一如既往，这些传言都可以追溯到该研究进行所在大学之一发布的一份新闻稿 (https://med.stanford.edu/news/all-news/2026/09/two-separate-brains.html)。 你没有两个大脑。这样解读新论文的结果，未免太过草率。 然而，存在更好的解读方式，这些方式能帮助我们理解大脑是如何构建的，并阐释发育生物学背后的一些普遍理念。那么，让我们来看看这项研究实际显示了什么，并将其置于大脑发育的背景下进行探讨。 ## 你在哪里？ 你可能认为身体分节是甲壳类和昆虫等生物才有的特征。但我们的神经系统也是分节发育的。脊椎动物有四个主要部分：前脑、中脑、后脑和脊髓。（其中一些后续会在其内部进一步分节，但我们在此略过不谈。）这篇新论文主要旨在为解答一个明显问题提供部分答案：这些分节是如何形成的？ 这类问题是发育生物学的核心与基础，该领域专注于研究生物体如何从单个细胞开始，通过一系列精心定时和协调的过程，最终产生成体中发现的所有组织。 要思考这个问题，我们需要一些背景知识。等到第一批注定要发育成神经元的细胞出现时，脊椎动物胚胎已经能够区分头尾和背腹了。（我们暂不讨论胚胎如何获知这些，尽管我们也了解颇多。）此时的胚胎由三种组织构成：内胚层（将衬在肠道内）、中胚层（将形成肌肉和骨骼）以及外胚层（最终将形成皮肤）。 神经细胞由沿胚胎从头至尾中心延伸的外胚层增厚部分形成。这些密集排列的细胞中央下沉，而两侧向上卷曲，最终形成一个椭圆形的管道，与其他外胚层组织分离。所有沿脊柱传递的信号、你处理的所有声音和形状、你将来产生的所有思想——所有这些以及更多，都依赖于这些细胞的后裔。 [](https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2026/09/devdiagram.png) 脊椎动物胚胎发育过程中的横截面。起初，顶部只有外胚层。在胚胎左右轴的中心，外胚层增厚并采用神经命运（右上）。神经前体细胞随后开始移动，形成深V形（右下）。这个过程最终将发育中的神经组织的两端带到一起，它们融合形成一个管道（左下）。 来源：JOHN TIMMER 脊椎动物胚胎发育过程中的横截面。起初，顶部只有外胚层。在胚胎左右轴的中心，外胚层增厚并采用神经命运（右上）。神经前体细胞随后开始移动，形成深V形（右下）。这个过程最终将发育中的神经组织的两端带到一起，它们融合形成一个管道（左下）。 来源：JOHN TIMMER （虽然这被呈现为一种“脊椎动物如何发育”的模式，但它们之间存在关键差异。在小鼠中，神经组织的形成几乎同时发生在整个头尾维度上。在鸡中，该过程从头部开始并缓慢向尾部推进，以至于当一些本将形成脊髓的细胞甚至还不知道自己将是神经元时，大脑结构已经在形成了。而蝌蚪则形成相当简单的脊髓，然后在变态为青蛙的过程中被扩展和重组。因此，虽然所有脊椎动物的一般过程相似，但许多物种已将其适应于不同的发育模式。） 显然，所有这些新形成的神经细胞看起来都大致相同。因此，我们又回到了最初的问题：神经系统的各个分节是如何形成的？ 请记住，等到这些细胞开始形成时，胚胎已经能够区分头尾了。这引出两个非常简单的可能性：一种是，神经细胞由其形成的外胚层细胞已经知道自己的位置，因此神经细胞从它们那里继承了位置信息。另一种可能性是，在神经细胞形成后，它们的非神经邻居可以向它们发送信号，告诉它们所处的位置。因此，如果头部的细胞制造的信号分子组合与尾部的不同，就可以将位置信息传递给发育中的神经系统，告诉它哪里该形成大脑，哪里该形成脊髓。 ## 划分大脑 这项新研究建立在数十年识别早期过程关键调控因子的研究基础之上。其中一个早期发现是，早期胚胎的外胚层会激活两个基因，一个在胚胎前半部，一个在后半部。因此，神经细胞至少能从它们所来源的外胚层继承一些粗略的位置信息。 这项工作的关键在于，研究人员修饰了这些基因的一个拷贝，使得基因被翻译成蛋白质的任何地方都能激活荧光蛋白。因此，他们设计出了一种小鼠，其早期外胚层的一半发红光，另一半发青色光。随着胚胎形成神经细胞并开始发育成大脑，这些颜色得以保留。 他们发现，后脑发出红色荧光，而大脑的其他部分发出蓝色荧光。继承的位置信息设定了大脑的一个关键边界。换句话说，一旦细胞知道自己最终会发育成神经元，它们就知道自己是否可能形成后脑的一部分，而不是中脑或前脑。（这大约就是新闻稿中“两个大脑”观点的由来。） 其他实验对此进行了扩展。类似的遗传工具使他们能够在早期外胚层的单个细胞中激活荧光蛋白。他们发现，在96%的情况下，这些单个细胞的后代全部位于后脑，或者全部位于中脑和前脑。他们还使用人类干细胞进行了实验，表明那里也发生了类似的事情：暴露在正确的信号下可以告诉干细胞它们所处的位置，而神经细胞在形成时继承了这一信息。如果你想形成只存在于后脑的神经元，你必须首先引导干细胞走上后脑的路径。 四张发育中的大脑图片，均显示明显的红色和青色区域。(https://cdn.arstechnica.net/wp-content/uploads/2026/09/Screenshot-2026-09-23-at-1.42.35-PM.png) 早期细胞标记显示，后脑和脊髓（红色）与中脑和前脑（青色）保持为不同的命运。 来源：Jokhai et\. al\. 早期细胞标记显示，后脑和脊髓（红色）与中脑和前脑（青色）保持为不同的命运。 来源：Jokhai et\. al\. 显然，这里可能仍存在一定的灵活性——他们观察到的96%的专一行为并非100%。尚不清楚这是他们的实验系统的局限性，还是仅仅是因为位于外胚层前后部边界的细胞，如果稍微朝正确方向游走，就能改变命运的结果。早期发育进程非常快，同样不清楚我们所观察到的时间点与用于标记不同细胞的基因活跃时间点相比如何。 同样不太确定的是在其他关键边界处发生了什么。中脑和前脑之间的差异似乎出现得较晚，主要归因于扩散于发育中的大脑并提供位置信息的信号分子的作用。相比之下，关于后脑和脊髓如何获得不同命运的了解很少；新论文仅引用了一篇关于该主题的参考文献。该文献表明它们在发育早期也是不同的命运，但似乎还需要做更多的工作。 ## 这一切为何重要？ 显然，我们大脑和脊髓的不同区域最终会形成非常不同的结构，随后执行非常不同的功能。因此，形成这些分节很重要。但不同身份的早期确立也很重要——事实上，这对于它们能够如此多样化地发展至关重要。 这有两个关键原因。首先，拥有不同的身份使细胞能够以不同的方式响应相同的信号。例如，在早期神经系统还相对简单时，几乎所有部分都暴露在相同的两个信号下：一种称为sonic hedgehog (https://en.wikipedia.org/wiki/Sonic_hedgehog_protein)的分子从管道底部扩散出来，而一组称为BMPs的分子从顶部释放。 你可能预期，既然管道的所有细胞都是神经前体，它们会以相同的方式对相同信号作出反应。但它们并非如此。相反，它们的分节身份将这些信号导向大脑不同区域重叠但不同的响应集合。换句话说，当中脑细胞看到BMPs时，它们的响应方式与脊髓细胞不同。通过在早期划分神经系统，细胞继承了一段发育史，这使得有限数量的信号能够触发极大的复杂性。 （这种发育史改变事物解读的方式，也使得信号可以被重复利用。BMPs最初告诉细胞是否发育为神经元。稍后，它们告诉发育中的神经元在成熟时应采取何种身份。再后来，BMPs帮助引导发育中脊柱内成熟神经元的迁移。我们不需要进化出全新的信号系统来做不同的事情。） 另一件事是，分节之间的连接处可能是一个独特的环境，细胞在其中暴露于来自两个相邻身份的影响。例如，在中脑-后脑边界，细胞会激活一组独特的基因，其中包括信号分子，这些分子随后会影响边界两侧相邻组织的发育。正如你根据上述内容所预料的，这些在边界处制造的信号在中脑和后脑会触发不同的反应，因为这两个分节具有不同的发育史。 虽然新研究并未说明你实际上有多少个大脑（它是一个内部具有多个不同区域的大脑），但它为解开这个谜题又提供了一块拼图：我们大脑令人难以置信的复杂性是如何从几小时前还乐意发育成我们皮肤的一片扁平细胞层中产生的。它也为理解生物体发育的一般机制，以及我们可以进行何种实验来帮助我们所拥有的大脑数量理解这些过程，提供了一个绝佳的窗口。 John Timmer 的照片 (https://arstechnica.com/author/john-timmer/) John 是 Ars Technica 的科学编辑。他拥有哥伦比亚大学生物化学学士学位，以及加州大学伯克利分校分子与细胞生物学博士学位。当他与键盘物理分离时，他倾向于寻找一辆自行车，或者一个能与他的登山靴交流的风景优美的地点。 25条评论 (https://arstechnica.com/science/2026/09/contrary-to-some-reports-you-dont-have-two-brains/#comments) 1. 最多阅读列表中第一个故事的配图：实验室检测中虫卵长出尾巴后，女性脑部蠕虫感染得到确认 (https://arstechnica.com/health/2026/09/womans-brain-worm-infection-confirmed-after-eggs-grow-tails-in-lab-test/)