神奇細胞的奇跡

造人所需的無非是一個精子、一個卵子和一首浪漫情歌。精子和卵子一旦結合，就開始在一個狹小的空間內制造出許多細胞，人類胚胎很快就會長得像小桑葚一樣大，這個發育階段就叫作桑葚胚。小桑葚的第一個任務就是將某些部分變成孩子的身體，又將某些部分變成孩子的住所。這一過程進行得很快，一些細胞會變成胎盤和羊膜囊（胚胎就懸浮于其中），另一些細胞則負責構筑胚胎，并創造出一團名叫內細胞群的組織。

我們需要仔細說一說內細胞群里的一個神奇細胞，所有大腦組織就是由這個細胞不斷分裂和分化而形成的，世上最復雜信息處理裝置的裝配過程也由此開始，而在最初，它的個頭比這句話末尾的那個句號還要小很多。

雖然科學家們已經進行了20多年的研究，但我依然覺得這個小小的細胞是那么不可思議。劉易斯·托馬斯（Lewis Thomas）在《細胞的生活》（Lives of a Cell）一書中如是說：“這樣一個細胞的存在，堪稱地球上最偉大的奇跡之一。人們應該奔走相告，傳頌這個令人難以置信的神話。”

奇跡仍在繼續。如果你能實時觀察正在發育的胚胎，就會發現內細胞群里擠滿了細胞，它們圍繞著胚胎忙忙碌碌，就像是快餐店的廚師一樣。這些細胞排列成三個層次，看起來就像一個漢堡包：底層小圓面包叫作內胚層，主要分化成胎兒的各種器官和血管組織；漢堡包的餡料層，也就是中胚層，將形成胎兒的肌肉、呼吸系統、消化系統和骨骼；而上層小圓面包，即外胚層，將形成胎兒的皮膚、頭發、指甲和神經系統。那個神奇細胞就在外胚層里。

必須重視的神經管發育

如果再湊近一點觀察，還會發現，在“小圓面包”頂部的中央有一列最為細小的細胞正在形成；在其下方，一個原木形狀的圓柱體也在形成，并沿著上方那一列細胞的方向不斷延伸。這個圓柱體就是神經管，將形成胎兒的脊柱。神經管遠端將分化成胎兒的屁股，而近端則會分化成胎兒的大腦。

神經管是否正常發育至關重要，如果發育不正常，胎兒的脊髓就可能外凸，甚至在脊髓接近腰部的部位長出腫瘤，這種情況叫作脊柱裂。此外，胎兒的大腦結構還有可能發育不全，這種罕見的情況叫作先天無腦畸形。

所以，幾乎每本有關懷孕的圖書都強烈推薦孕婦服用B族維生素葉酸，它有助于胎兒神經管的正常發育，無論是神經管的近端還是遠端。在受孕期間以及孕后數周服用這種補充劑的孕婦，胎兒發生神經管缺陷的概率會下降76%。如果你想讓胎兒的大腦健康發育的話，那么上述舉措是首先需要做到的。

在歷史上的任何階段，人們對于胎兒的發育問題都十分關切。1573年，一位名叫安勃拉·巴雷（Ambroise Paré）的外科醫生列出了一些可能導致怪胎降生的因素。他在《論怪胎和異事》（On Monsters and Marvels）一書中寫道：“怪胎的降生是由下列因素導致的：上帝的旨意和憤怒，以及精子數量過多或過少。”他還認為孕婦的不雅姿勢，例如長時間蹺二郎腿，也可能導致嬰兒的出生缺陷。此外，子宮狹小、妖魔作祟甚至乞丐的口水也被列入其中。

或許我們無法認同巴雷的觀點，但即便是在科技高度發達的今天，人們對胎兒大腦的發育過程依然知之甚少。對于當今的科學家來說，近2/3的出生缺陷仍然無法解釋，他們只能將大約1/4的已知出生缺陷與某些遺傳問題聯系起來。同時，孕婦的身體也似乎具有某種自動排障機制，如果胎兒的發育出了什么問題，孕婦的身體常常會察覺到，并下意識誘發流產。約有20%的受孕以自然流產形式告終。在科學家觀察到的出生缺陷中，只有10%是由已知環境毒物以及可以檢測到的因素導致的。

幸好絕大多數胎兒的大腦都發育正常。神經管分化成大腦的這一端會繼續它的建設工程，形成一團團像珊瑚一樣復雜的細胞突起，直至最終形成大腦的各個組成部分。受孕1個月后，神奇細胞已經變成聲勢浩大的百萬大軍。

當然，迅速發育的不只是大腦組織。懷孕4周左右時，胚胎會暫時性地顯現出鰓弓，形狀和魚的鰓弓非常相似，但很快就會變成胎兒的面部肌肉和喉部組織。在人類的發育過程中，可以看到許多類似的進化根源。

細胞突起最后會長成肥肥大大、超級聰明的大腦。就腦組織占身體組織的比重來說，人類的大腦是最大、最重的，這個巨大的組織是由一張巧妙的細胞網絡構成的，生物電荷不斷地在網絡中交互傳送。其中有兩類細胞很重要：一類是神經膠質細胞（glial cell，glial源于希臘語中代表膠的詞glía），胎兒大腦的90%由此類細胞構成，它們形成了大腦各個組織，并協助神經元正確處理信息；第二類就是我們熟知的神經元了，人類的思維功能主要靠它們完成，雖然它們只占腦細胞的10%。關于“我們只使用了大腦的10%”的謠言很可能就是這么產生的。

一個神經元，15 000個連接

那么，細胞是如何演變成大腦的呢？胚胎細胞裂變成神經元的過程被稱為神經形成，該過程貫穿于孕期前半段，胎兒在這個階段不希望被打擾。而在孕期后半段，神經元會遷移到最終的位置，彼此連接，這一過程叫作突觸發生。

一說到細胞遷移，我就想起了警犬從警車里一躍而出，到處探查罪犯氣味的場景。神經元在遷移的時候，也從外胚層的牢籠中蜂擁而出，一個疊著一個向前爬行。它們時而停頓，時而嗅著分子線索，踉踉蹌蹌地沿著不同路徑蜿蜒前行，足跡遍布整個大腦。最終，它們到達目的地，這些地點或許也被事先存入了上述“遷徙者”的“大腦”之中。它們四處張望，觀察自己的新居所，然后開始與鄰居建立聯系。這時，神經細胞之間會形成很小的縫隙，稱為突觸（“突觸發生”因此得名），生物電荷在間隙中往復，以便神經系統進行交互通信。最后這一步是大腦發育過程中最關鍵的一步。

突觸發生是一個很長的過程，原因很簡單：它實在太復雜了！一個神經元平均要和周圍的神經元建立15 000個連接，一些神經元的連接數量甚至超過了10萬個。這意味著胎兒大腦在發育過程中每秒大約要形成180萬個新的神經連接，這個數字非常驚人。而且許多神經元還沒完成連接工作，就像交配后的鮭魚一樣死掉了。

即便神經元建立連接的速度快得驚人，也不意味著突觸發生過程能夠在胎兒出生前完成，實際上大約有83%的突觸發生在胎兒出生以后進行。通常女性要等到20歲出頭才能完成這一過程，而對男性來說，這一浩大工程結束得更晚，這實在是不可思議。就人類而言，大腦是最后發育成熟的器官。