几个世纪以来科学家认为脑是单一统一器官，但斯坦福医学（Stanford Medicine）领导的新研究揭示，我们所称的脑是两个独立器官，在数亿年间独立进化。该发现推翻了主流脑发育模型：数十年来研究者认为早期单个祖细胞产生整个脑，所有部分同源。新研究指人脑由两套古老神经系统组成，较原始部分调节心跳呼吸，另一部分使人能写诗、数学与思考起源。

几个世纪以来，科学家都认为脑是一个统一的器官。但斯坦福医学院牵头的新研究发现，我们所说的脑其实是两个不同的器官，它们在数亿年里各自独立演化。

这一发现推翻了主流的脑发育模型。几十年来，研究者都认同早期发育中存在一种祖细胞，能生成整个脑，即所有部分有共同的发育起源。

新研究表明，人脑由两套古老的神经系统巧妙组合在一起：较原始的部分调节心跳、呼吸等功能，另一部分则让我们成为独特的人类，能够进行诗歌、数学创作，并思考自身起源。

该发现也为研究影响脑干的严重疾病开辟了新途径，比如脊髓性肌萎缩症（SMA）和肌萎缩侧索硬化症（ALS，或称卢伽雷氏病）。

“我们首次证明，脑前部起源于与脑后部完全不同的祖细胞，”发育生物学副教授凯尔·洛博士说，“我们的发现意味着，现在可以在培养皿中培育脑后部即后脑的神经元，并研究其功能。” 研究结果于9月18日发表在《自然·神经科学》上。洛是资深作者，研究生卡罗琳·邓德斯和拉扬·乔凯是共同第一作者。

两个脑

成人脑有三个主要区域：前脑、中脑和后脑。前脑负责高阶思维——语言、意识和抽象推理。相反，位于颅骨后方、常被称为脑干的后脑，控制着维持生命的基本自动功能：呼吸、睡眠，以及调节心跳和饥饿感。后脑神经元还控制面部、舌头和喉咙的肌肉，影响说话和吞咽。尽管后脑至关重要，科学家几十年来一直难以在实验室生成人后脑神经元，这一缺口阻碍了针对影响脑干的严重疾病的研究，包括脊髓性肌萎缩症和肌萎缩侧索硬化症。SMA是1岁以下儿童主要的遗传性死因。ALS通常在40至70岁间确诊，影响前脑和后脑。这两种疾病中，某些后脑神经元逐渐丧失功能，患者失去吞咽能力，食物或液体吸入肺部可能引发肺炎；最终患者无法呼吸。

研究者的突破来自对胚胎发育最早期的研究，即身体初步成形的原肠胚形成阶段。乔凯和邓德斯发现，后脑遵循独立的发育路径，与生成前脑和中脑的路径平行，而非从中分支。研究者通过检查小鼠胚胎发育得出了这一结论。他们识别出两种不同的脑祖细胞。一种表达Otx2基因，注定成为前脑和中脑；另一种表达Gbx2基因，注定形成后脑。他们表明这两群细胞从不重叠，从发育最早阶段就互斥。团队接着检查了这些细胞中的DNA包装即染色质。他们有了惊人发现：前部神经外胚层（未来的前脑和中脑）与后部神经外胚层（未来的后脑）具有根本不同的染色质构型。这些差异本质上将每个祖细胞锁定在各自命运中，如同平行轨道上的旅客永不相交。

“先前制造后脑神经元的尝试，可能是想诱使前脑和中脑祖细胞变成后脑细胞，我们的研究表明这不可能，”乔凯说。

这一揭示解释了该领域数十年的挫败：科学家一直试图将一种根本无法变成另一种的祖细胞强行转化。“在干细胞生物学中，人们总是执着于创造终末细胞类型，比如神经元，”乔凯说，“但从胚胎发育最早阶段开始很重要。我们仔细关注那个早期时间点，才发现了脑发育中的根本分裂。”

培育后脑神经元

凭借这一认知，研究者首次成功诱使人多能干细胞（一种能生成人体任何细胞的细胞）在实验室中变成有功能的后脑运动神经元。这些实验室培育的神经元展现出真正后脑细胞的所有特征：它们呈现出称为动作电位的电活动波，并制造出标识控制面部和吞咽肌肉的后脑区段的蛋白质。

最后，研究者回顾了超过5.5亿年的演化时间。他们在鸡、斑马鱼，以及惊人地在于人类有遥远共同祖先的海洋底部微小生物橡果虫中，发现了同样双重起源的脑模式。约6至7亿年前与人类分道扬镳的水母，在身体两端各有一个神经系统。“我们的研究表明，演化将两套已有的神经系统在空间上推到了一起，”洛说，“脑作为一个器官可能更高效，但我们依赖这种原始方式将脑制造成两个独立部分。”

“我对我们的发现感到惊讶，因为‘脑’这个词暗示了一个可能有单一起源的连续器官，”乔凯说，“但甚至在5亿年前，就有这些独立的神经系统，现在几乎作为一个整体运作，这非常酷。”

该研究对探索SMA、ALS和其他影响脑干的病症的治疗也有意义。此前研究这些疾病几乎不可能，因为科学家无法从活体患者获取脑干组织。在培养皿中培育这些神经元的能力，为理解出错环节开辟了新可能。它甚至与肥胖治疗有意外关联：后脑包含调节饥饿的回路——这正是semaglutide等减重药物的作用原理。研究者希望拓展研究，确定脊髓的发育起源，并确切了解SMA和ALS如何损害后脑神经元功能。“现在我们有了一个模型，能更好理解这些毁灭性疾病，并研发再生疗法，”乔凯说，“这是脑研究中令人兴奋的新前沿。”加州理工学院和加州大学旧金山分校的研究者参与了该研究。

社区普遍质疑媒体将研究夸大为“大脑是两个器官”，认为实际仅是发现前后脑源自不同祖细胞谱系；少数人欣赏该研究在生物学机制与技术应用上的新意。

质疑大脑是“两个器官”的耸动标题

• 研究者实际鉴定出前中脑与后脑表达不同基因的祖细胞且互不重叠，但器官并非由单一标记祖细胞定义，脑区功能差异早有定论，且原论文称脑为复合器官（较多人）。 > 标题事实有误，论文原意是脑是源自两种谱系受限祖细胞的复合器官（@jibal）

认为研究发现本身有趣且具应用前景

• 前后脑祖细胞从不重叠的现象被赞新颖，且研究衍生的体外脑干细胞培养新技术有望助力渐冻症等神经疾病研究（少数人）。 > 真正令人兴奋的是该技术让体外培养脑干细胞变容易，将推动神经疾病研究（@ksenzee）

有价值的补充

• 小脑含有大脑约八成神经元，而非大脑皮层（@meindnoch）
• 有评论巧妙调侃，称“我有两种想法”这类习语因双脑研究需重新考量（@softgrow）