颠覆：人类大脑并非单一器官，而是两个独立... Features
根据斯坦福医学中心2026年9月21日公布的一项开创性研究，人类大脑的结构可能远比我们想象的复杂。科学家发现，人脑并非由单一祖细胞群体发育而来，而是由两个独立的细胞系统在进化过程中融合而成，挑战了长期以来将大脑视为单一器官的传统观点。这一发现不仅重塑了我们对神经发育的基本认知，还首次成功在实验室中培养出人类后脑神经元，为研究肌萎缩侧索硬化症（ALS）和脊髓性肌萎缩症（SMA）等严重脑干疾病打开了全新的大门。相关论文已发表在2026年9月18日的《自然·神经科学》杂志上。
海报曝光两大发育起源：前脑与后脑的独立路径
传统神经科学认为，整个大脑——包括前脑、中脑和后脑——都源自同一组早期祖细胞。然而，斯坦福团队通过追踪胚胎发育的极早阶段，发现事实并非如此。论文共同第一作者、研究生卡罗琳·邓德斯（Carolyn Dundes）和雷扬·乔凯（Rayyan Jokhai）在实验中确认，形成前脑和中脑的祖细胞与形成后脑（即脑干）的祖细胞从一开始就分属两个不同的细胞谱系。
花絮曝光“我们首次证明，大脑前部来自于一种完全不同的祖细胞，而大脑后部则来自另一种，”该研究的资深作者、斯坦福大学发育生物学副教授凯尔·洛（Kyle Loh）博士表示。前脑支撑语言、意识、抽象思维等高级功能；后脑则控制呼吸、心跳、吞咽等自主生命维持过程。这两种祖细胞在胚胎发育的第3周左右就已分化，彼此独立且互不重叠。
幕后故事早期胚胎中的“分水岭”：Otx2基因与Gbx2基因
为了探究这一分裂的分子基础，研究人员重点观察了小鼠胚胎的神经胚胎形成期。他们发现，一种表达Otx2基因的祖细胞群体注定发育为前脑和中脑；另一种表达Gbx2基因的祖细胞群体则发育为后脑。两种细胞群在发育地图上清晰分离，边界分明。
更关键的是，研究人员考察了染色质——细胞内包裹DNA并调控基因表达的结构——发现前神经外胚层（未来前脑/中脑）和后神经外胚层（未来后脑）的染色质构象存在根本性差异。这种差异使得两类祖细胞从一开始就“锁定”了各自不同的发育命运，无法相互转化。乔凯说：“以往试图制造后脑神经元的尝试，可能都试图将前脑/中脑祖细胞‘劝诱’成后脑细胞，我们的研究表明这是不可能的。”
| 对比维度 | 前脑/中脑祖细胞 | 后脑（脑干）祖细胞 |
|---|
| --- | --- | --- |
|---|
| 标志基因 | Otx2 | Gbx2 |
|---|
| 发育来源 | 前神经外胚层 | 后神经外胚层 |
|---|
| 最终形成的区域 | 大脑皮层、基底节等 | 脑干、小脑一部分 |
|---|
| 主要功能 | 语言、思考、意识 | 呼吸、心跳、吞咽 |
|---|
| 染色质状态 | 开放与封闭模式不同 | 开放与封闭模式不同 |
|---|
跨越5.5亿年的进化遗迹
为了验证这一分离是否在进化上保守，团队比较了包括鸡、斑马鱼、橡子蠕虫等物种的早期神经系统发育。结果表明，这种两个独立的神经祖细胞系统在这些物种中同样存在，至少可以追溯到5.5亿年前。甚至在水母身上——水母与人类在约6亿至7亿年前分化——也发现其身体两端分布着两个不同的神经系统。
“我们的研究提示，进化将两个已有的神经系统在空间上‘推’到一起，”洛博士解释道，“虽然作为一个单一器官会更高效，但人类大脑本质上仍然依靠这种原始方式，由两个分离的部分构成。”乔凯补充说：“‘大脑’这个词通常暗示它是一个连续的、单一起源的器官，但即使在5亿年前，也存在两个独立的神经系统，现在它们几乎像一个整体那样运作——这非常酷。”
成功在实验室培养后脑神经元
理解后脑拥有独立的发育起源后，研究人员终于攻克了一个长期的技术瓶颈：如何从人类多能干细胞分化出功能性后脑神经元。他们引导干细胞沿着后脑谱系分化，获得了具有生物电活性的运动神经元。这些细胞能够产生动作电位，并表达控制面部和吞咽肌肉的特定后脑区蛋白。
该成果意味着科学家现在可以在培养皿中批量生产后脑神经元，用于研究其功能和病理。此前，由于无法直接从活体患者获取脑干组织，研究者一直被这一问题所困扰。《纽约时报》评论称这一进展为“神经退行性疾病研究提供了前所未有的工具”。
新模型有望加速ALS与SMA药物研发
脊髓性肌萎缩症（SMA）是1岁以下儿童的主要遗传致死病因之一，而肌萎缩侧索硬化症（ALS）通常在40至70岁之间发病，涉及前脑和后脑的双重损伤。两种疾病都会导致特定后脑运动神经元逐渐丧失功能，引起吞咽和呼吸困难。
由于无法获取患者脑干样本，过去几十年来，科学家对这些疾病的后脑机制知之甚少。“现在我们有了一个模型，可以更好地理解这些破坏性疾病，并探索再生疗法，”乔凯说。此外，后脑还含有调节饥饿感的神经回路，与诺和诺德的司美格鲁肽等减肥药物作用的靶点密切相关，这意味着该发现也可能为肥胖治疗提供新视角。
未来方向：脊髓的起源与再生治疗
研究团队计划下一步探索脊髓的发育起源——它是否也来自这些祖细胞之一？同时，他们希望更精确地厘清SMA和ALS如何破坏后脑神经元的具体分子机制。洛博士强调：“这将是一个令人兴奋的脑科学新前沿。”该研究获得了美国国立卫生研究院（NIH）、美国国家科学基金会（NSF）等多方资助。
Q1: 为什么说人类大脑可能由两个独立器官组成？
A1: 斯坦福团队发现，人脑的前半部分（前脑和中脑）与后半部分（后脑/脑干）分别源自不同的祖细胞群体，拥有各自的基因表达程序（Otx2 vs Gbx2）和染色质状态，且在进化上独立存在了至少5亿年。这种“二元起源”说明大脑本质上由两个独立的神经系统融合而成。
Q2: 这一发现对疾病治疗意味着什么？
A2: 它首次使科学家能够在实验室大量培养后脑神经元，这为研究ALS、SMA等脑干疾病提供了前所未有的细胞模型，有助于筛选药物、理解发病机制，并可能推动再生治疗的发展。同时，后脑与食欲调控有关，可能影响减肥药物的研发。
斯坦福团队的这一突破，如同一把钥匙，打开了理解大脑本质与治疗顽固神经疾病的新大门。随着后脑神经元培养技术的普及，未来十年内，针对脑干疾病的药物开发有望迎来加速期。
