關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
安德魯·庫佈於 2005 年在普渡大學獲得神經科學博士學位，並在達特茅斯學院、加州大學聖地亞哥分校和德國慕尼黑大學擔任研究職位。他還是《思想的根源》一書的作者，該書探討了神經膠質細胞（大腦中最豐富的細胞型別）的目的和功能。“思想問題”編輯喬納·萊勒與庫布討論了為什麼幾個世紀以來神經膠質細胞一直被忽視，以及關於神經膠質細胞的新實驗如何揭示心靈最神秘的方面。
萊勒：你的新書《思想的根源》完全是關於神經膠質細胞的力量，它實際上佔大腦細胞的近 90%。神經膠質細胞是做什麼的？為什麼我們的大腦裡有這麼多神經膠質細胞？
庫布：最初，科學家們認為它們什麼都不做。直到最近 20 年，腦科學家們還認為神經元相互交流，代表我們的思想，而神經膠質細胞有點像粉刷和砂漿，把房子固定在一起。它們被認為是神經元通訊的簡單絕緣體。神經膠質細胞有幾種型別，但最近科學家們開始關注一種叫做“星形膠質細胞”的特殊型別的神經膠質細胞，因為它們在大腦皮層中含量豐富。有趣的是，當你沿著進化階梯向上攀登時，大腦皮層中的星形膠質細胞的大小和數量都會增加，人類擁有最多的星形膠質細胞，而且也是最大的。科學家們還發現，星形膠質細胞在大腦皮層中相互交流，也能夠向神經元傳送資訊。最後，星形膠質細胞也是大腦中的成體幹細胞，控制著流向大腦活動區域的血液。由於所有這些重要的特性，並且由於大腦皮層被認為是高階思維的負責人，科學家們已經開始意識到星形膠質細胞必然對思維做出貢獻。
萊勒：為什麼神經膠質細胞被忽視了這麼久？
庫布：要理解這一點，你必須回顧一下腦科學的歷史。在關於神經元概念的鬥爭中，神經膠質細胞在 200 年裡主要是作為配角出現的。其中一些亮點是：在 18 世紀後期，科學家們在青蛙的脊髓中發現了神經元的電特性。神經元有很長的、易於研究的束狀結構，稱為“軸突”，它從腦細胞體延伸到脊髓，再從脊髓延伸到四肢和身體。同樣，感覺神經元也與大腦中的神經元相連。這就是神經元是我們思想基礎的概念紮根的地方。在 19 世紀中期，神經膠質細胞才剛剛被發現，研究人員認為神經膠質細胞只是將神經元連線在一起（神經膠質細胞在希臘語中是“膠水”的意思）。我覺得有點可笑的是，科學家們偶然發現了一種非常多的細胞，它存在於大腦中，而大腦是負責我們的思想和個性的器官，但他們太專注於神經元，以至於他們得出結論，這種新細胞毫無價值。19 世紀後期，人們開發出一種染色方法，可以更有效地觀察大腦中的細胞。來自西班牙的傑出研究員聖地亞哥·拉蒙·卡哈爾親自從神經元的角度研究大腦。他細緻地繪製了神經元如何處理資訊和相互連線的方案，從而提出了“神經元學說”。（“神經元學說”是一種認為神經元是負責我們思想的信念。）然而，卡哈爾似乎對神經膠質細胞感到不便。它們數量眾多，而且顯然遍佈大腦皮層。與此同時，他的兄弟佩德羅也是一位科學家，他提出了神經膠質細胞是“支援細胞”的理論，可以隔離神經元的電特性。卡哈爾決定支援他兄弟的理論。自 1906 年他獲得諾貝爾獎以來，這已成為教條。
萊勒：您能否描述一下最早促使科學家重新考慮神經膠質細胞作用的一些早期實驗？
庫布：神經膠質細胞實驗直到 20 世紀 60 年代才開始進行。科學家們對神經膠質細胞的全部瞭解是，如果你把神經元放在培養皿中，你必須有神經膠質細胞，否則神經元就會死亡。然後，哈佛大學的斯蒂芬·W·庫弗勒出於不明原因，決定檢驗佩德羅被接受的絕緣理論。大約在同一時間，大腦中的細胞計數顯示神經膠質細胞佔大腦的近 90%（這就是我們只使用 10% 的大腦的基於神經元的想法的來源）。庫弗勒之所以出名，是因為具有諷刺意味的是，他在進行這些開創性的神經膠質細胞實驗的同時，還建立了哈佛“神經”生物學系。無論如何，庫弗勒從水蛭和泥螈身上提取了星形膠質細胞，並添加了鉀，鉀是一種已知會在神經元受到刺激後流出的物質。他認為這將證實佩德羅的神經膠質細胞是絕緣體的理論。但他發現的是，神經膠質細胞的電位對鉀有反應。庫弗勒和他的同事發現，星形膠質細胞表現出電位，很像神經元。他們還在青蛙和水蛭身上發現，星形膠質細胞受到神經元離子交換的影響，這一過程長期以來被認為是思想的化學對應物。從那時起，許多研究人員完成了關於神經膠質細胞與神經元交流能力的實驗，包括在 80 年代末和 90 年代初，當時發現神經膠質細胞對“神經”遞質做出反應並釋放“神經”遞質。
萊勒：為什麼鈣波很重要？
庫布：簡而言之，鈣波是星形膠質細胞相互交流的方式。星形膠質細胞有數百個從其身體向外延伸的“終足”。它們看起來像迷你章魚，並將這些終足與血管、其他星形膠質細胞和神經元突觸連線起來。鈣在星形膠質細胞受到刺激時從內部儲存中釋放出來，然後鈣透過它們的終足傳播到其他星形膠質細胞。術語“鈣波”描述了星形膠質細胞之間以及星形膠質細胞和神經元之間的鈣釋放和交換。耶魯大學的科學家，尤其是安·H·康奈爾-貝爾和史蒂文·芬克拜納，已經證明鈣波可以從一個星形膠質細胞的刺激點傳播到數百倍於原始星形膠質細胞大小的區域中的所有其他星形膠質細胞。此外，鈣波還可以引起神經元放電。大腦皮層中的鈣波正在引導科學家推斷，這種交流方式可能有助於處理某些想法。如果這還不夠令人信服，最近的研究表明，一種刺激與 THC 相同受體的分子可以點燃星形膠質細胞鈣釋放。
萊勒：您認為神經膠質細胞及其鈣波可能在創造力中發揮作用。您能解釋一下嗎？
庫布：這個想法源於夢境、感覺剝奪和白日夢。如果沒有神經元從我們的感官輸入，我們怎麼會有如此生動的想法？當我們深入思考時，我們似乎是如何關閉周圍環境中的一切的？在這個理論中，神經元與我們的肌肉活動和外部感覺有關。我們知道星形膠質細胞監測神經元以獲取這些資訊。同樣，它們可以誘導神經元放電。因此，星形膠質細胞調節神經元行為。這可能意味著星形膠質細胞中的鈣波就是我們的思維。沒有星形膠質細胞處理的神經元活動是一種簡單的反射；任何更復雜的事情都可能需要星形膠質細胞處理。人類擁有所有動物中最豐富和最大的星形膠質細胞，並且我們有創造力和想象力這一事實也為這種推測提供了可信度。
鈣也會在沒有刺激的情況下從星形膠質細胞的內部儲存中隨機釋放出來，以小爆發的形式，稱為“泡芙”。這些隨機的泡芙可能會導致波浪。在夢境和感覺剝奪體驗期間看似隨機的想法可能是星形膠質細胞中鈣泡芙變成波浪。基本上，很明顯星形膠質細胞參與了大腦皮層中的大腦處理，但主要問題是，我們的思想和想象力是源於星形膠質細胞與神經元協同工作，還是我們的思想和想象力僅僅是星形膠質細胞的領域？也許神經元的作用是支援星形膠質細胞。