【專訪】游一龍破解大腦的演化密碼:壓力的對立面,並不是沒有壓力

【專訪】游一龍破解大腦的演化密碼:壓力的對立面,並不是沒有壓力
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我們想讓你知道的是

在生物的環境周遭,有什麼因素會抑制神經新生?能如何阻止這些因素發揮作用,以維持神經新生?透過動物實驗,游一龍嘗試從生理機制的層次給出答案。

作者:人文.島嶼(採訪撰文:林義宏|編輯:林俊孝|攝影:黃國彰)

大腦,我們身上最精微難解的器官,一方面極其脆弱,必須以堅硬的顱骨包覆;一方面卻又極其堅韌,讓人類得以製作器物、連結社群、打造文明。如今,腦神經科學領域已逐漸揭開大腦的神秘面紗,探討神經元、膠細胞、電訊號、荷爾蒙如何在須臾分秒間協調運作,引領人類橫渡百萬年尺度的演化長河。

然而,就在不遠的1990年代前,科學家曾悲觀宣判,這項造物即便蘊藏此般匠藝,卻因為缺乏幹細胞,其組織無法在生物胚胎成熟後繼續再生。

「這意謂打從我們呱呱墜地後,腦袋裡的神經細胞只會日趨成熟、終至衰老,最後步向死亡一途。」成功大學生理學研究所特聘教授游一龍回憶道:「腦神經細胞只會變老與變少,不會增生和變多,這是我大學時期,神經科學界的共識。」

約莫在1989年,這項共識由於生理學細胞染色技術的進步而煙消雲散。人類終於發現,神經系統裡其實一直存在幹細胞,一片全新而陌生的研究領域由此展開。

你的大腦每天都在變老與新生

「想像看看,腦中的幹細胞就在那兒蟄伏等待,等到周遭的微環境符合條件,便開始進行有絲分裂,增生分化成特定的新細胞,嵌入現存的神經系統發揮功能。」游一龍以他一貫生動、詩意卻又精準的口吻說明道。

從鳥類、獼猴到人類的腦中陸陸續續發現神經新生現象(Neurogenesis),暗示腦神經在時光推移的過程中仍然不斷成長,也代表著延緩認知退化的可能性,這當然是令人振奮的消息,也在學界引起一陣研究風潮。

游一龍坦誠,十年前他武斷決定投入神經新生現象的研究時,其實對此議題仍一知半解,後來證明是正確的研究方向。在全球人口逐漸高齡化,臺灣更行將邁入超高齡化社會的今天,腦神經新生儼然成為重要的研究議題。

許多臨床醫學報告紛紛指出,神經新生與老年認知退化性疾病,如阿茲海默症、帕金森氏症等等,都有密切關聯。游一龍提到,每個人的神經新生都免不了隨年紀而下降,但患有這些疾病的病人,下降的趨勢特別明顯,呈現陡峭的曲線。

問題在於,在生物體身處的環境周遭,有什麼因素會抑制神經新生?又有什麼辦法,能阻止這些因素發揮作用?透過動物實驗,游一龍嘗試從生理機制的層次給出答案。

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游一龍透過小鼠腦切片影像的腦神經細胞染色情況,來瞭解大腦變化。

壓力真的會「傷腦筋」

首先,游一龍指出「壓力」會抑制小鼠腦中齒狀迴(dentate gyrus)的神經新生現象。若對應於人腦,齒狀迴屬於執掌記憶與學習功能的海馬迴區域,也是正常情況下神經新生現象較蓬勃的區域。

在動物實驗中,引發壓力的方式族繁不及備載,但就如你我生活中不時面臨的壓力事件,往往「不可預期」且帶來「威脅感」,這些便是製造壓力情境的關鍵要素。

具體的實驗方法,是採用飢餓、電擊,或利用小鼠怕水、具領域性等生物特性,對其施予身體壓力或心理社會壓力,接著進行細胞染色與腦切片。結果發現,兩種壓力都會造成小鼠齒狀迴的神經新生急速下降,其中又以物理壓力最為有效。

翻開腦切片影像,游一龍說明,不論是物理性的身體壓力,或透過實驗操作引發的心理社會壓力,都會造成齒狀迴攝取的核苷酸顯著減少。核苷酸是製造新細胞必備的原料,因此攝取核苷酸是細胞正在進行有絲分裂的證據。腦切片影像中黯淡無光的齒狀迴,表示此處細胞有絲分裂的速度趨緩。

「同甘苦,共患難」:陪伴的力量

在神經生理學領域,壓力抑制腦神經新生的現象,其實並不算是新發現。過去已有研究提出證據,認為壓力情境會促進皮質酮(corticosterone)分泌,進而影響腦神經中幹細胞周遭的微環境,干擾細胞增生與分化。更重要的是,有什麼辦法可以抵抗壓力的負面效果,保護與維持神經新生?

游一龍發現,「同伴陪伴」對腦神經新生具有保護作用:當實驗小鼠在承受壓力時並非形單影隻,而是有其他同類在身邊作伴,壓力對神經新生的抑制效果竟然消失得無影無蹤。即使同類什麼也沒做,只是讓小鼠嗅到牠們的氣味,也能產生類似效果。至於背後的生理機制,游一龍認為和催產素的作用有關,目前正持續深入探究。

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游一龍實驗發現,當小鼠在承受壓力時有其他同類作伴,而非形單影隻,壓力對腦神經新生的抑制效果,竟為之消失,顯示「社會支持」的重要性。

「藉由調控一個情境因素,居然不只是緩衝,而是能夠完全抵銷壓力的負面影響。」他驚嘆地說:「從生理學研究角度來看,這樣的結果相當難得,在我的研究生涯裡更可說是前所未有。」

只是讓同伴陪伴在側,竟能產生如此奇效,游一龍認為這不僅顯示了「社會支持」的力量,更是所謂「生物的社會性」體現於腦神經運作的生理印痕。這要從演化的角度進一步說明。

社會支持與生存壓力:演化歷程的一體兩面

「人類是社會性的動物」是眾所皆知的老生常談。裡頭其實蘊含著一道橫跨哲學、心理學、生理學領域的基本命題:何謂生物的「社會性」?對游一龍來說,這道命題的解答,既牽涉到百萬年尺度的演化長河,又能在須臾分秒間的腦神經活動中找到蛛絲馬跡。

「如果一群動物只是單純的群居,並不構成社會。」游一龍分析:「綜觀生物演化史,社會性的形成其實源自『生存壓力』。」

在漫長的演化歷程中,一個物種可能面臨各式各樣的生存難關,唯有順利適應者方能生存繁衍。從個體的角度來看,所謂生存難關,也就是那些生命中不期而遇的艱難險阻,舉凡生存環境改變、飢寒交迫、天敵來襲,都構成挑戰個體存活機率的生存壓力。