神经元 [Evgenii Kovalev / E+/ Getty Images]
斑胸草雀体型小巧，仅掌心大小，却是能力出众的学习者。作为澳大利亚原生鸣禽，它以习得新鸣唱的能力闻名，这一特质使其成为科学家研究动物大脑如何印记新技能（尤其是声乐学习，即完善新发声的能力）的理想模式生物。
波士顿大学的研究人员联合马克斯·普朗克生物智能研究所、英国医学研究理事会（MRC）分子生物学实验室的科学家，近期发现了斑胸草雀大脑的另一特殊属性，该发现同样可为理解人类大脑功能提供参考。在一项以前所未有的分辨率解析斑胸草雀大脑的研究中，研究团队获得了关于神经发生（neurogenesis）（即神经元的生成、迁移与成熟过程）的新认知，该过程可辅助大脑学习、获得新技能，以及实现损伤修复与功能重建。
研究人员借助高倍显微镜观察斑胸草雀大脑，追踪新生神经元迁移至现有神经环路并增强其连接的全过程。此前学界普遍推测这些新生神经元会绕开已形成的脑结构（包括更成熟的脑细胞）以避免损伤原有结构，但研究团队却观察到新生神经元直接“穿隧”通过这些成熟结构。波士顿大学牵头的研究团队表示，该发现可解释人类为何易患多种脑部疾病，研究人员同时指出，部分转移性癌细胞也采用类似的细胞穿隧机制实现侵袭。
“我们发现，成体鸣禽大脑中的新生神经元就像在茂密丛林中开辟路径的探索者，”波士顿大学文理学院心理与脑科学助理教授、该研究通讯作者Benjamin Scott博士表示。这种特性可辅助鸣禽学习新技能或修复脑损伤，但也可能对原有细胞和记忆造成损伤——这或许就是人类的神经发生过程仅存在于胚胎发育期的原因。“这种具有潜在破坏性的行为或可解释为何人类及其他哺乳动物的成体脑组织再生能力十分有限，导致我们更易患阿尔茨海默病等神经退行性疾病。”Scott解释道。
Scott是该团队发表于《当代生物学》（Current Biology）的论文的资深作者兼通讯作者，论文题为《鸣禽连接组揭示成体纹状体中迁移神经元的穿隧行为》（Songbird connectome reveals tunneling of migratory neurons in the adult striatum，DOI: 10.1016/j.cub.2026.03.057）。研究人员在论文中指出，研究结果共同表明“迁移中的神经元可能通过物理重塑成熟神经环路抵达靶位点，揭示了成体大脑出人意料的结构与功能可塑性水平”。
人类大脑在出生时就已拥有几乎全部终生所需的神经元。皮肤、心脏等其他器官可频繁更新细胞，但大脑的细胞组成自出生后就几乎不再改变。这一规律适用于绝大多数哺乳动物，但鱼类、爬行动物和鸟类不在此列——它们的大脑可定期补充新生神经元。
“这引出了两个问题，”同时任职于波士顿大学神经光子学中心、光子学中心与系统神经科学中心的Scott表示，“为何其他物种终生维持高水平的神经发生，而人类的神经发生却受到严格限制？我们能否从这些物种的生物学机制中获得可用于未来医疗的启发？”
Scott的常规研究方向为调控人类及其他哺乳动物行为的神经环路，他选择斑胸草雀研究神经发生是因为该物种是公认的神经发生“佼佼者”，生成新生神经元的能力极强。“鸣禽是研究成体大脑神经元迁移的极具价值的模式生物，”论文作者写道，“在这类物种中，新生神经元可整合进入调控复杂习得行为的脑区，与成熟神经元建立突触连接，并对感觉刺激产生应答。”
但研究团队指出，核心问题在于这些新生神经元如何与大脑中已形成的成熟环路结构相互作用。“目前尚不清楚迁移神经元是选择灵活规避这些结构障碍的路径，还是通过形变挤压周围组织抵达靶位点，”研究人员写道，“此前研究已探索了成体神经发生的分子机制与功能效应，但极少关注迁移神经元与其周围微环境的物理相互作用。”
在本次报道的研究中，研究团队采用基于电子显微镜（electron microscopy, EM）的连接组学技术，解析迁移神经元与成熟环路元件的相互作用模式。“我们采用了一种名为基于电子显微镜的连接组学的新技术研究神经发生过程，本质上是使用分辨率极高的显微镜对这些细胞进行超高分辨率成像，”Scott解释道，“我们最初的目标只是观察这一过程在之前无法达到的分辨率下的具体形态。”
【注释】连接组学：解析大脑神经元全连接网络的学科
研究获得的数据揭示了成体纹状体中迁移神经元与其微环境之间的复杂相互作用，同时发现了穿隧神经元的存在。“我们的研究结果支持以下模型：迁移神经元可通过多方向扩散穿过致密的神经组织，与周围结构形成多种接触，”研究团队在总结中写道，“此外，我们的数据还揭示了一种此前未被报道的神经元迁移模式：新生神经元可导致邻近神经元与突触发生形变。”
作者表示，就目前已知的研究而言，脊椎动物神经系统中尚未报道过神经元的穿隧迁移行为。这种现象此前未被发现可能是受限于研究方法，也可能穿隧行为是鸟类神经发生特有的机制。
Scott指出，如果这些新生神经元会使脑组织发生形变，它们是否也会在迁移过程中破坏记忆？如果神经发生存在这样的代价，它与大脑学习新技能、损伤后修复的能力之间如何实现平衡？正如作者提到的：“有趣的是，转移性癌细胞中也报道过类似的穿隧行为，这类细胞可通过主动形变改造其微环境，在狭小空间中迁移。因此穿隧行为可能是致密组织中特化迁移细胞采用的一种保守策略。”
关于该发现对人类大脑的意义，Scott提出了两个尚未验证的假说。第一个假说认为，人类大脑在进化中选择在出生后限制神经发生，是一种保护机制——避免具有迁移能力的神经元冲撞成熟连接，损伤记忆存储区域。“还有一种更乐观的解读，”他补充道，“我们发现的穿隧行为证明细胞迁移不需要胶质支架的辅助。”
胶质支架是为迁移神经元提供路径的胶质细胞骨架结构。“人类出生后绝大多数胶质支架会消失，此前学界认为这种消失是成体大脑神经发生的障碍，”Scott表示，“但我们的研究表明，鸣禽的新生神经元不需要这种胶质支架。这一发现极具前景，因为它意味着脑修复可能不需要依赖特化的胶质支架。”这为科学家探索可触发人类神经发生的潜在干细胞疗法打开了新方向。
作者在论文中总结道：“这些结果证明了将电子显微镜连接组学应用于成体神经发生研究的价值，同时表明迁移神经元在迁移和整合过程中可能会显著扰动现有功能环路。此外，研究结果也揭示了成熟神经环路惊人的结构灵活性。”
在当前研究中，Scott及其波士顿大学比较认知实验室的团队正在深入挖掘调控神经发生的生物学机制，寻找调控该过程的基因。大部分研究工作整合了生物医学工程与神经行为学（研究动物行为背后调控机制的学科）的思路与工具。
“目前我们正在使用单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing）技术，识别迁移过程中新生神经元表达的基因，”Scott表示，“我们希望了解这些神经元在迁移过程中与哪些其他细胞存在相互作用，以及相互作用的具体方式。”这将帮助团队明确迁移中的神经元是否会向周围细胞发出预警，以及它们如何识别停止迁移、整合进入现有环路的位点。
“我们与地球上的其他动物亲缘关系密切，存在很多共性，”Scott指出。虽然“鸟脑”（bird brain，英文中意为蠢货）是贬义词，但通过深入研究鸣禽大脑的生物学机制，我们有望获得关于人类大脑的重要认知。