中国科学家或揭开人脑进化的奥秘

人类是万物之灵。自古以来，全世界的哲人就在思考，为什么人类能够存在？为什么人类会如此特殊？会思考，有意识，会语言，并创造出了灿烂的文明。

现代神经生物学经过近150年的发展，科学家们认识到，人类如此特殊，其根本原因在于，人类有一个高度发达的大脑皮质。大脑皮质在神经系统演化史上最晚出现，但功能上却是最为高阶，这一结构掌管着语言、意念、逻辑、形象思维、决策和情感等高级功能。

与地球上其它所有动物相比，人类大脑皮质内包含了数量最多的神经元，这是人类智力的物质基础。比如，人类大脑皮质中有160亿个神经元，非洲大象的大脑比人脑重三倍，其大脑皮层体积是人类的两倍，但皮质神经元的数量却只有人脑皮质的三分之一，大约56亿个，这个数目多于猕猴的17亿，少于猩猩的80亿 (Herculano-Houzel et al., 2014)。人们形象的比喻，大脑皮质就是计算机中的CPU（中央处理器），而神经元就类似于CPU的基本单元。

人类大脑皮质神经元数目显著增多的主要原因是，在脑发育过程中，神经干细胞产生神经元的时间显著延长。小鼠大脑皮质神经发生的时间只有7天，而人类大脑皮质神经发生的时间则长达130天。目前，国际上对于调控人类大脑皮质神经元产生时间显著延长的机制和人脑进化所遵循的基本原理仍不清楚。

复旦大学脑科学研究院、附属中山医院杨振纲教授团队最新的研究成果发现，在个体发育和种系演化过程中，哺乳动物大脑皮质的神经干细胞（又称放射状胶质细胞）争先恐后地表达BMP7基因。BMP7基因的功能是加强神经干细胞自我更新和显著延长神经元产生的时间，并抑制神经胶质细胞的产生。最终在种系演化过程中，人类大脑皮质神经干细胞获得了高表达BMP7基因的能力，同时也就具有了长时间产生神经元的能力，从而在漫长的进化过程中获胜，可谓是得BMP7基因者得天下。临床上病例报道显示，BMP7基因杂合子突变的儿童普遍都有小头畸形。

杨振纲团队进一步发现，驱动BMP7基因在进化过程中逐渐表达增强的信号通路是FGF-ERK通路。非常有意思，FGF-ERK通路是一个非常古老的信号通路，从寒武纪半索动物门（橡实虫）到脊索动物门（文昌鱼），再到今天的哺乳动物和人类，始终发挥着诱导神经组织和大脑出现的关键作用。换句话说，诱导大脑出现的信号，也是驱动大脑发育、扩张和进化的信号。而且，FGF-ERK-BMP7这个信号通路，是通过抑制SHH信号，以正反馈的形式使自己表达越来越强，从而驱动了人类大脑皮质不断地扩张，最终进化出了具有聪明才智和无限创造力的人类。

模式图：在哺乳动物大脑皮质发育和进化的过程中，神经干细胞（又叫放射胶质细胞）争先恐后的表达BMP7基因，从而加强神经干细胞自我更新的能力，延长神经干细胞产生神经元的时间。这一过程收到了FGF-ERK信号通路的调控。最终，超过90%的人类大脑皮质的神经干细胞表达了BMP7基因，这使得在哺乳动物王国中，人类大脑皮质产生神经元的时间最长。因此，我们人类大脑皮质的神经元数目最多，功能最强大。可谓是“得BMP7基因者，得天下”。

专家评论（邱猛生，杭州师范大学教授，发育神经生物学专家，国家重大人才计划特聘专家）

我们人类可以上天、入地、下海，这是因为我们拥有一个非凡的大脑。但是，人类的大脑却不了解自己是如何进化出来的。这是脑科学乃至自然科学领域内的重大科学问题。全世界研究大脑发育和进化的实验室成百上千，可是到目前为止，都没有发现一个很好的理论来解释人脑是如何进化的。

复旦大学杨振纲教授所带领的团队，最近提出了一个全新的大脑进化过程中所遵循的基本理论，指出，在哺乳动物近1亿年的进化过程中，是FGF-ERK信号通路，诱导BMP7基因在大脑皮质神经干细胞中表达，并通过正反馈的方式，随着进化而逐渐加强，从而驱动了大脑皮质的不断扩张和进化，最终，使得人类具有了皮质神经元数量最多、功能最强大的大脑。

我注意到，作者在他们的多篇文章中反复使用“We wish to suggest a principle of mammalian cortical development, expansion, and evolution”（我们拟提出一个哺乳动物大脑皮质发育、扩张和进化所遵循的基本原理） 这句话。这无疑是我国科学家在脑科学研究的核心领域，也是竞争最激烈的领域内，放出的胜负手。这个发现和理论如果被国内外同行验证是正确的，这将是我国科学家的重大原始创新，这是基础研究的胜利。

基础研究的成果全球共享，尤其是那些为人类文明进步作出了突出贡献的成果，更是惠及全人类。但是，每一个重大发现都有首创权，这就是做科学的快乐、这也是人类探索未知世界的动力。复旦大学杨振纲教授带领的研究团队能够率先提出脑发育和进化的新理论，我为他们的科研热情和执着追求点赞！为他们敢为人先和勇于创新的精神点赞，为他们10年磨一剑和甘坐“冷板凳”的精神点赞。

附录：与本研究成果相关的四篇论文和学术报告

学术报告视频：我们的大脑是如何进化的？https://www.bilibili.com/video/BV1TP411x7CU/

论文 1-BioRxiv：https://biorxiv.org/cgi/content/short/2023.08.08.552393v1

论文2-BMP7：https://academic.oup.com/proteincell/advance-article/doi/10.1093/procel/pwad036/7193717

论文3-Human Glia：https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-021-00759-9