利用被称为类器官的微型脑结构，研究人员发现，某些产生神经元的神经前体细胞在狨猴中的发育方式与人类不同。这些差异涉及细胞的结构、分裂速度以及发育时间。这些变化共同减少了产生的神经元数量，导致狨猴大脑体积较小且表面更光滑。这项发表在《科学进展》（Science Advances）上的发现，为灵长类动物大脑进化提供了新见解，并最终可能增进我们对人类大脑发育障碍的理解。
为什么某些灵长类动物的大脑是光滑的而非折叠的
大脑体积和表面折叠程度是区分不同灵长类物种的重要特征。例如，人类大脑具有高度折叠的表面，类似于核桃的凸起和沟槽。这种排列极大地扩展了大脑的表面积，为支持复杂思维和其他高级心智能力的数十亿个神经元提供了空间。
科学家认为，现代灵长类动物的共同祖先已经拥有中等体积的大脑，且至少具有一些折叠。然而，并非所有现存灵长类动物都保留了这些特征。
普通狨猴（Callithrix jacchus）是原产于南美洲的小型猴子，在生物医学研究中正变得越来越重要，它们的大脑几乎没有可见的折叠。德国灵长类中心的研究人员着手确定为什么它们的大脑发育与人类及其他灵长类动物如此不同。
该研究的两位共同第一作者之一、DPZ大脑发育与进化青年研究小组的博士生Lidiia Tynianskaia解释说：“我们想了解在细胞水平上发生了哪些变化，导致狨猴大脑生长较少并形成较少的折叠。在发育初期，普通狨猴的大脑表现出大型、折叠的灵长类大脑的典型结构和组成。随着发育的推进，必然发生了一些有效减缓神经细胞产生的过程。”
科学家发现减缓大脑生长的原因
为了研究这些发育差异，研究团队比较了由人类和普通狨猴细胞培养的脑类器官。他们的注意力集中在神经前体细胞上，这些细胞负责在脑发育过程中生成神经元。
这些前体细胞在决定大脑最终大小和形状方面起着主要作用。它们产生的神经元越多，大脑皮层扩展和发育出折叠的潜力就越大。
研究人员发现，狨猴较小且更光滑的大脑皮层并不是单一发育改变的结果。相反，涉及不同类型前体细胞的多种差异共同作用，限制了神经元产生和大脑折叠。
同为该研究第一作者、青年研究小组的博士生César Mateo Bastidas Betancourt解释说：“我们的研究表明，普通狨猴中某些前体细胞的分裂速度明显慢于人类。其他前体细胞的结构比人类对应的细胞更简单，突起更少，因此增殖能力较低。这两个因素最终导致神经细胞减少，这造成了狨猴大脑皮层体积较小且折叠较少。”
科学家还发现了某些前体细胞特征和行为在发育过程中出现时间的重要差异。与人类相比，狨猴这些细胞可以快速增殖的总体时期更短。
总之，较慢的细胞分裂速度、更简单的细胞结构以及更短的快速生长窗口，有助于解释为什么狨猴大脑产生较少的神经元并发育出少得多的折叠。
微型大脑揭示重要发育线索
这项研究很大程度上依赖于脑类器官，这是一种由细胞培养而成的三维小结构，能够再现早期大脑发育的重要特征。这些微型模型使科学家能够研究多个样本中的发育变化，并比较关键过程的时间点。
“这项研究结合了体内和体外方法的优势，”大脑发育与进化青年研究小组负责人Michael Heide说。“类器官非常适合获得统计学上稳健的结果，因为这样的样本量在灵长类动物中是不可行的。随后，我们在胎儿脑组织中重复了一些关键实验，以证实类器官的结果。”
一个特别重要的发现涉及类器官发育与实际狨猴大脑发育之间的关系。研究人员确定，培养了50天的狨猴脑类器官与第90天天然狨猴大脑的发育阶段高度吻合。
建立这种关系至关重要，因为脑类器官和实际大脑的发育速度不一定相同。通过确定对应的发育阶段，科学家能够进行有意义的比较，并更可靠地解释他们的实验结果。
光滑的猴脑揭示了关于人类大脑进化的什么
这些发现有助于解释构建大脑的细胞在行为和发育时间上相对微小的差异，是如何导致灵长类动物在大脑体积和折叠方面产生重大差异的。
它们还为灵长类动物在进化过程中如何产生各种各样的大脑形状和大小提供了可能的解释，包括为什么某些物种发育出相对光滑的大脑，而其他物种则拥有大得多、折叠严重的大脑。
除了进化意义之外，这些发现还为研究人类大脑如何发育以及当这些过程被破坏时会发生什么奠定了基础。更好地理解控制神经元产生和大脑生长的细胞机制，最终可能有助于研究人员研究影响人类大脑的发育障碍。