啄木鸟的大脑在做什么？|《发现》杂志

一只绒啄木鸟。（图片来源：Arlene-Koviol/菲尔德博物馆）保存在乙醇中的啄木鸟大脑摸起来有点像橡皮泥。这是波士顿大学医学院的研究生 George Farah 的说法，他从存放在芝加哥菲尔德自然历史博物馆的绒啄木鸟标本中取出大脑。“有些像天使蛋糕，它能粘在一起，但很容易断裂；很容易碎裂，”Farah 说。“我对保存的大脑有很多经验。”Farah 和他的波士顿大学同事 Peter Cummings 和 Donald Siwek 一直在寻找一个非常直观问题的答案：啄木鸟的大脑在终生撞击木头后会发生什么？这是一个会引发更多问题的问题，但答案有一天可能会对研究脑外伤和疾病的神经科学家至关重要。

“头部碰撞”之舞

啄木鸟每次将头部撞向树木或你家木质墙壁时，都会承受 1,200 至 1,400 g 的巨大冲击力。相比之下，过山车的最高时速约为 5 g，而一次非常严重的橄榄球撞击也只能达到 120 g。根据 Farah 的计算，一只啄木鸟一生中可能会撞击坚硬物体 5400 万次。难怪工程师们会向啄木鸟学习来设计更好的运动头盔和护垫。“啄木鸟会啄。这是它们的天性。它们已经存在了大约 2500 万年，所以你不会认为它们会做对自己有害的事情，”Cummings 说。科学家们也并非从未思考过啄木鸟是如何避免将自己的大脑变成一团浆糊的。然而，大多数研究都集中在啄木鸟的保护性生物物理适应性上。科学家们发现，啄木鸟拥有尖锐的喙，上下喙可以在啄食时独立移动。它们拥有巨大的舌头，可以在撞击时固定和缓冲大脑，并且它们拥有特殊的头骨骨骼，可以作为内部减震器。这些都是显而易见的。但是很少有科学家“窥探引擎盖下”来了解啄木鸟头骨内部发生了什么。根据研究人员的说法，根据研究人员的说法，自 1976 年以来，只有一项研究检查了啄木鸟的大脑，以确定它们的头部撞击行为是否造成了真正的伤害。当时，那些研究人员没有发现任何损伤痕迹，并得出结论认为啄木鸟的大脑“明显”免受了伤害。这项研究自那时以来已被 100 多篇期刊引用，但 Farah 认为其结论令人怀疑。“他们使用的染料是亚铁氰化物，这在当时用于骨形态学研究；它与大脑完全无关，”Farah 说。“作者还选择不做实际的组织学（研究组织的微观结构）分析。为什么没有人尝试重复这个呢？”因此，厌倦了论文项目的 Farah 急于改变方向。他偶然发现了啄木鸟神经科学研究中的一个空白，并且扩展知识库的机会就摆在他面前。于是，Farah、Cummings 和 Siwek 在短短的时间内，用 2000 美元的预算拼凑了一个实验。首先，他们需要鸟。这说起来容易做起来难。

装满啄木鸟的罐子。（图片来源：菲尔德博物馆）“你不能随便去宠物店买一只啄木鸟。它们是受保护的物种，”Cummings 说。幸运的是，菲尔德博物馆正好有他们需要的东西：一收藏的啄木鸟和其他鸟类的标本，都保存在罐子里。现在，他们的工作可以开始了。

大脑切片

他们将 10 只保存的啄木鸟的大脑切成了比纸还薄的薄片，并以 5 只保存的红翅黑鹂作为对照。然后，研究人员使用染色技术来寻找 tau 蛋白的积累。在人类大脑中，tau 蛋白有助于构建和稳定神经元微管，这些微管为细胞提供结构。根据一个日益主流的理论，微管对像量子计算机这样的事件做出反应，它们甚至可能成为意识的载体。在神经退行性疾病和脑损伤中，tau 蛋白会脱离轴突并聚集形成大脑无法清除的缠结。这些缠结可能是疾病的根源，尽管尚不清楚。tau 蛋白有不同的类型——有些有害，有些有益——阐明它们对大脑健康的影响仍然是研究人员面临的挑战。清楚的是，在患有慢性创伤性脑病（CTE）的运动员中已观察到 tau 蛋白的积累，从而将大脑健康与 tau 蛋白的积累联系起来。Farah 使用现代染色技术来寻找啄木鸟大脑中的 tau 蛋白积累。在测试的 10 只鸟中有 8 只发现了阳性银沉积物——蛋白质的指示物——其中大部分沉积物位于大脑受撞击最严重的前部。在他们进一步测试的三只鸟中有两只，这些蛋白质被确认为 tau 蛋白。作为对照的红翅黑鹂没有显示出任何蛋白质积累的迹象。研究人员于周五在《PLOS One》杂志上发表了他们的研究结果。