人类大脑细胞进化可能与自闭症、神经多样性有关，根据一项新研究。图片来源：Lauren Lee/Stocksy
- 一项新研究得出结论，人类大脑进化的速度可能有助于解释为什么我们的物种会出现自闭症。
- 作者称，与其他物种相比，与自闭症相关的某些基因在人类中表达下调。
- 他们认为，人类的自闭症可能是人类认知特征快速进化的副产品。
尽管我们人类喜欢自认为是进化的顶峰，但这对自然界的其他生物造成了严重的不公。人类无法织网、飞翔、水下呼吸、产生毒液或在树间荡跃。
然而，我们确实拥有一个独特强大而复杂的大脑。复杂的语言、深入的前瞻规划、深刻的同理心和充满活力的文化，仅仅是这个强大器官所实现的壮举中的一部分。
我们的神经能力无疑为我们的远古祖先带来了进化优势。它们使我们能够遍布全球，并适应地球所提供的各种环境。
然而，根据一项新研究的作者所述，我们大脑那令人眼花缭绕的复杂电路——以及其中部分进化的速度——也可能是我们的物种中自闭症普遍存在的原因。
这篇新论文发表在《分子生物学与进化》期刊上。
脑细胞类型：我们并非如此不同
使用单细胞RNA测序技术，科学家现已表明，在小鼠大脑中至少有49种细胞类型。
令人惊讶的是，人类大脑没有专属于我们的脑细胞类型。我们使用与啮齿动物相同的细胞类型集合。
新研究的作者推断，这意味着人类与其他生物心智之间的巨大差异不能归因于特化的细胞。
相反，这取决于它们的连接方式以及每个细胞内的基因表达水平。
快速进化的重要性
科学家长期以来注意到，某些蛋白质的进化和变化速度远快于其他蛋白质。例如，小鼠体内的某些蛋白质与人体内发现的蛋白质几乎相同。然而，其他蛋白质却差异如此之大，以至于它们几乎看起来毫无关联。
科学家已开展研究，以了解影响蛋白质在数千年间保持保守或随物种进化而快速改变的因素。
这些研究表明，变化速率的最大影响因素是该蛋白质在体内的普遍程度：如果某种蛋白质在整个身体中大量表达，它不太可能快速改变。这是因为对其的任何修改都可能破坏体内的某个通路或功能。
另一方面，体内相对稀少的蛋白质拥有更多自由度：即使变化产生负面结果，它们对整个生物体的影响通常较小。这使它们在进化过程中有更多调整空间。
近期研究的作者想知道同样的规则是否也适用于细胞类型。
是否最稀有的脑细胞类型拥有最多的进化自由度，在人类案例中，这种自由导致了我们超常的认知能力？这能否解释与自闭症谱系障碍（ASD）相关的脑部变化？
自闭症是否纯属人类特有？
与作者的假设一致，先前研究表明，涉及自闭症易感性的某些基因通常出现在基因组中所谓的"人类加速区"（HARs）。
HARs是基因组中在其他哺乳动物中高度保守但在人类中相对快速进化的区域。这种快速进化暗示它们可能参与了使人类与众不同的某些特征。
这意味着，在现今与我们同黑猩猩最后共同祖先之间，我们可能发展出了一些特定于认知能力的神经元变化，同时也增加了自闭症的可能性。
参与此项研究的科学家推测情况可能如此。因此，他们着手验证这一假设。如前所述，小鼠和人类的脑细胞类型相同。然而，每种细胞类型内的基因表达存在差异。
换句话说，即使小鼠和人类细胞外观相同且执行类似工作，但观察单个基因的活跃程度时，会发现显著差异。因此，他们将研究重点集中在此处。
细胞类型与脑进化新见解
与他们的直觉一致，科学家发现，某种细胞类型越丰富，其基因表达在六个哺乳动物物种间就越相似。相反，稀有细胞类型在六个物种间显示出基因表达的巨大差异。
此外，作者指出："与其他猿类相比，第2/3层内端脑（L2/3 IT）神经元在人类谱系中出人意料地快速进化。"他们还注意到与自闭症相关的基因表现出不成比例的表达下调。
《今日医学新闻》（Medical News Today）联系了未参与该研究的神经学家、SensIQ公司首席医疗官卢克·巴尔（Luke Barr）医学博士。他解释了这些特定神经元的重要性：
"第2/3层内端脑兴奋性神经元对高级皮层处理至关重要。它们在皮层不同区域之间形成长距离连接，本质上整合信息并支持复杂认知，如抽象推理、社会认知和语言。"
研究表明，这些通信通路在专属于人类的认知技能中尤为重要。
重要的是，巴尔还告诉我们，由于它们在连接分散脑区方面的作用，其发育或功能方面的问题"可能对大脑协调信息的方式产生重大下游影响，这可能与[自闭症]相关。"
总体而言，研究作者认为，随着人类大脑快速进化，它引发了使自闭症更易发生的改变。
巴尔对这些结论发表评论，指出"自闭症可能代表一种进化权衡的观点颇具启发性。"
"尽管具有推测性，但这与神经科学中一个长期存在的假说一致：使人类认知非凡的特征——如增强的连接性和皮层扩张——也可能引入脆弱性，"他告诉《今日医学新闻》。
这一切意味着什么？
巴尔谨慎提醒我们，相关性不等于因果关系，且"这项工作目前更多是理论性的，而非临床可操作的。"然而，他对未来保持乐观。
"通过关注这些特化神经元在典型和非典型大脑中的发育、通信和适应方式，我们可能发现自闭症的新机制。"
"这最终可能指导靶向干预，"巴尔告诉《今日医学新闻》，"无论是药物还是行为干预，都能支持皮层中的连接性和功能整合。"
总体而言，该研究增加了越来越多的证据，表明自闭症并非一种障碍，而是一种'神经发育变异，可能与实现人类独特认知能力的神经系统的神经发育变异'，巴尔总结道。
大脑的能量需求是否起到作用？
《今日医学新闻》还采访了加州大学欧文分校医学遗传学与基因组学、儿科以及生理学和生物物理学教授约翰·杰伊·加古斯（John Jay Gargus）医学博士、哲学博士。
未参与该研究的加古斯已对线粒体在自闭症中的作用进行了研究。
线粒体通常被称为细胞的能量工厂。存在于几乎所有细胞类型中，它们产生三磷酸腺苷（ATP），即细胞的能量货币。
评论这项最新研究时，加古斯告诉《今日医学新闻》："这些观察很有用，但只是对已存在于各种全基因组关联研究（GWAS）中的数据的扩展，更重要的是，它们缺乏对这些进化变化发生原因的基本假设。"
加古斯认为，研究人员没有考虑到能量生产的重要性。我们的大脑仅占我们体重的2%，但消耗了约20%的能量。
进化过程中大脑的快速扩张会导致能量需求的巨大增长，加古斯认为这为理解自闭症提供了线索。
在他看来，自闭症"反映了现代大脑的进化需求与支持它们的代谢系统之间的不匹配。"
加古斯认为，自闭症并非由进化直接导致，而是因为我们的大脑如此耗能，儿童期的干扰——例如，即使是轻微的线粒体问题——也可能"使天平倾向于自闭症等发育状况。"
与此一致，他告诉我们，"在自闭症中，轻度线粒体功能障碍是常见发现。"
这显然是一个复杂的话题，无疑研究人员将继续深入探究未来。将科学视角投向我们遥远的进化历史无疑是一项充满挑战的事业。
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