工作細胞：大腦的細胞們

大腦就像是人體的指揮決策中心，由大量且多元組成的細胞們各司其職，透過交織複雜的傳遞網絡，將巨量訊息傳送到正確的腦區進行判斷與決策，最後分派給下屬執行單位實行任務。 而這些看起來像是百年老欉的枝枒、抱緊處理的絕緣套路，卻都是因應功能所衍生出的構造，神經科學家們透過顯微鏡下看見神經細胞的那一刻起，便深深為此著迷。

　   人體中最神秘複雜的器官，莫過於「大腦」，它統籌全身的感覺與運動訊號，主導情緒、計畫組織等認知功能，成為最高決策中心。拜顯微鏡的發明以及細胞組織染色技術的進步，讓科學家能一窺大腦的奧秘，1894 年現代神經科學之父—聖地牙哥·拉蒙·卡哈（Santiago Ramón y Cajal）透過顯微鏡觀察以硝酸銀染色的神經組織切片，手繪出各種神經細胞的精細全貌，包括細胞本體、軸突與樹突，甚至神經元間的連結構造—「突觸」，並大膽提出神經細胞為神經系統中最小基本單位的「神經元理論」，自此開啟了細胞神經生物學的序章，奠定神經科學的基礎。

Ù神經病理學家聖地牙哥·拉蒙·卡哈自1894年手繪出第一幅神經細胞圖後，便持續投入神經細胞結構的觀察與繪圖，圖中所繪是鴿子小腦的普金斯細胞 (A) 與顆粒細胞 (B)。（圖片來源：Wikipedia, Artwork by Santiago Ramón y Cajal）

　　科學家透過顯微鏡看見大腦中包含眾多不同型態的細胞，發現依據功能的不同，主要可區分成「神經細胞」與「神經膠細胞」兩大類。大家比較熟知的神經細胞又稱為「神經元」，主要負責感知環境的變化，透過神經傳導因子的接收與釋放，以「動作電位」將信息傳遞給其他神經元，調控運動、感覺、認知等功能，也是神經系統中最直接重要的角色。神經細胞依其釋放「神經傳導因子」種類，例如: 麩胺酸、多巴胺、GABA等，以及因為腦區功能位置的差異，可以細分為興奮性或抑制性，不過這又是另外一段精彩的故事了。

　　有趣的是，神經科學家們發現在腦中除了神經細胞外，竟然還大量存在另一類的細胞，數量甚至是神經細胞的十倍之多，它提供鷹架般結構支撐的功能，把神經細胞穩定地固定在各自的樓層，就像腦中的膠水（glue），因此稱這些細胞為「神經膠細胞」（glia）。後來，科學家們眉頭一皺發現案情並不單純，這些細胞並不只是膠水這麼簡單，它們還參與神經細胞的活性調控、養分補給與廢物清排、發炎吞噬與神經細胞的絕緣。神經膠細胞們可依外觀區分為「巨膠細胞」與「微膠細胞」，而巨膠細胞又細分為「星狀膠細胞」及「寡突膠細胞」。

Ù左圖為顯微鏡下的神經組織切片，中央的大細胞為神經細胞，周邊包圍著的是神經膠細胞。（圖片來源：Wikipedia, by Panzer VI-II，後製標示及裁切）右圖示呈現了中樞神經系統中除了負責傳遞訊息的神經細胞（neurons, 黃色），還有大量的神經膠細胞提供支撐和協助神經細胞運作，包含星狀膠細胞（astrocytes, 綠色）、寡突膠細胞（oligodendrocytes, 藍色）和微膠細胞（microglia, 暗紅色）。（圖片來源：Wikipedia, Artwork by Holly Fischer，後製標示）

　　星狀膠細胞是含量最高的神經膠細胞，在神經發育時期不只幫忙神經細胞歸位；也會提取血液中養分滋養神經細胞並清除廢物，維持腦中離子濃度平衡；此外也會包覆突觸幫忙神經傳導因子清除再利用，並更進一步製造與釋放「膠細胞傳導因子」來參與大腦運作，如: 麩胺酸、ATP、D-serine等。所以在「三方突觸 (tripartite synapse)」的微小結構裡，突觸前、突觸後的神經細胞便會與星狀膠細胞進行三方通話，互相微調著彼此的活性。寡突膠細胞負責神經細胞的絕緣，把神經細胞的軸突像瑞士捲般層層包覆，這樣可以提高動作電位的傳遞效率。至於微膠細胞則是腦中的免疫衛兵，負責吞噬清除外來的病菌或是結構異常的蛋白質，而一呼百應地鑽向病灶區清除敵人，維持大腦健康。

　　科學家發現，神經細胞或神經膠細胞的退化或損傷，可能就是造成記憶力衰退、反應變慢，甚至導致神經退化性疾病的產生。大腦的工作網絡與細胞機制相當複雜，科學家常常需要特定的動物疾病模式來幫忙探索未知，國家實驗動物中心提供的誘發帕金森氏症模式小鼠，便是透過特定腦區的功能損傷，來模擬人類帕金森氏症，再藉由運動行為分析技術來解析病程和藥物的療效。

　　人類的大腦約由1兆多個且種類繁多的細胞所組成，而各種細胞皆負責缺一不可的獨特工作，建立起互相聯絡溝通的功能網絡，不但能維持大腦功能的正常運作，同時亦構築出個體認知功能與行為的最高權限中心。因此瞭解大腦中細胞的組成、型態和功能後，科學家才能進一步研究細胞間的對談互動，探討各種神經退化性疾病的成因，並嘗試找出治療的方法。