就细胞而言，神经元是非常奇怪的。
大多数其他细胞是带有中央细胞核的球形斑点。然而，神经元有各种各样的野生和穗状形状，分支突起从微小的细胞体向各个方向萌发。
不同于他们的兄弟，神经元有不同的区域。细胞是细胞核的位置。然后是轴突和树突，神经元的信号承载和接收部分。它们发出细长的手臂，并与其他神经元形成连接，称为突触。
现在，由哈佛医学院和哈佛大学HMS-FAS干细胞和再生生物学系的研究人员领导的研究表明，神经元的某些部分比以前想象的要复杂得多。
研究小组在1月17日发表在《自然》杂志上的研究结果为理解构成我们大脑的神经细胞的持续发展增加了又一个转折点。
在大脑的发育过程中，神经元的投射延伸了很长的距离——有时从它们的细胞核延伸出数千个细胞体宽度——以形成对大脑功能至关重要的突触连接。
这种距离细胞指挥中心的距离会不会给神经细胞的信号触角带来一定程度的独立性？神经元的轴突不仅仅是信息发送器，还是从一个细胞到另一个细胞的神经冲动？其实轴突可以自己做决定吗？
这些都是团队一直在探索的问题，他们发现了一些惊喜。
“我们不是第一个认为我们必须拥有自主权的人，”哈佛医学院神经科学家、哈佛大学干细胞和再生生物学教授马克斯和安妮维恩(Max and Anne Wien)说。“生长锥需要几个小时才能向核心发回信号，找到‘下一个命令’，通过在实验室观察轴突的生长情况，可以清楚地看到，即使被切断与细胞体的联系，生长锥也能向目标移动。”
所有这些观察促使麦克利斯和他的同事们想知道，当连接大脑中极其复杂的电路时，不同类型的生长锥是否可以使用明显的自主性。
麦克利斯和他的同事开发了新的实验和分析方法，使他们能够跟踪同一神经元不同区域活动的分子足迹。这些方法使研究人员能够将轴突的工作与细胞体的工作分开，有效地“审计”大脑发育过程中每个人的工作。
最大的惊喜来自回顾神经元的生长锥——轴突触须的最外端，它发育成信号转导突触。这一部分包含了许多独立细胞的分子机制，包括参与生长、代谢、信号转导等的蛋白质。
麦克莱斯说，这一发现挑战了细胞核和细胞体是神经元控制中心的教条。相反，它提出了一个更复杂的决策网络和远离中央指挥的半独立单位的存在。
他说：“我们的结果表明，生长锥可以从外界获取信息，做出局部信号决定，在没有细胞体的情况下发挥半自主作用。“这是神经元的一种新的思维方式。”
神经元的细胞体传统上被认为是一台大型计算机，其轴突像铜线一样指向突触。但这项新工作提出了另一种模式。Macklis提出，细胞体可以像一台服务器，连接到一台智能PC上，具有与世界对接的能力。
此前，想要研究轴突生长的分子基础的科学家必须在实验室中培养通常混合的神经元群体，这样他们就可以小心地将轴突从细胞的其他部分切断。然而，将神经元放在培养皿中会改变它们的分子含量，使它们不同于大脑本身的神经元。此外，这些传统方法无法将一种特定类型的神经元与其他类型的神经元分开，因此无法确定是什么使特定的脑回路在正常大脑中如此精确地组装，以及是什么驱动了疾病中看到的组装失真。新方法克服了这一障碍，使科学家能够直接准确地分析小鼠大脑中特定类型的神经元及其子腔。
Macklis和他的团队归巢于所谓的胼胝体投射神经元，这些神经元连接大脑的两个半球并实现它们之间的交流。为了识别这些神经元的不同亚细胞部分，研究小组用荧光蛋白基因标记了细胞核或轴突及其生长锥。接下来，研究人员分离了神经细胞体的轴突生长锥，并对各部分的蛋白质组和RNA转录物进行了定量和全面的作图。令他们惊讶的是，生长锥中含有数百种独特且高度富集的RNA转录物和蛋白质，甚至在细胞中也没有检测到噪音。
据研究人员称，如果在进一步的研究中得到证实，这些发现可能会推翻神经科学的长期教条。
Macklis说：“我们的结果表明，与肾脏或肝脏细胞或我们认为的大多数细胞不同，神经元没有单一的转录组或蛋白组，而是有多个亚细胞定位转录组和蛋白组。
还有各种其他分子参与细胞的维持和生长，人们不希望在生长锥中看到这些分子。这个不断生长的轴突的分子特征看起来更像是一个自给自足的细胞，而不是一根从细胞核中携带信息的铜线。
这些发现可能会重塑未来神经科学家接近神经系统的方式，并推动他们探索轴突，寻找有价值的线索。
“我们希望我们的方法能够为研究开辟一条新的道路，”麦克莱斯说。“此外，这些探索将对从神经回路形成和神经布线以及疾病到神经再生的各种过程产生重要的见解。”
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