國立陽明交通大學（National Yang Ming Chiao Tung University, NYCU）與中央研究院（Academia Sinica），攜手日本京都大學（Kyoto University）的跨國研究團隊於新竹發表一項突破性發現，指出靈長類大腦的演化可能不需要創造全新基因，而是透過改變現有基因的調控指令，重塑大腦神經幹細胞的產出比例，進而打造出更為複雜的腦部結構。
從工廠運作看大腦演化：基因開關的關鍵角色
人類大腦之所以比多數哺乳動物更為龐大且複雜，科學家長期以來持續在DNA中尋找答案。過去的研究多數聚焦於基因變異如何促使發育中的大腦製造更多細胞，或是延長細胞持續分裂的時間。然而，這項最新研究提供了第三種可能性：演化改變了決定大腦發育細胞種類的「操作手冊」。
研究團隊將大腦發育比喻為一座工廠，其員工就是負責製造最終大腦細胞的神經幹細胞。演化能透過幾種方式改造這座工廠：擴大勞動力、延長生產時間，或是改變操作說明書來生產不同比例的工種。此次研究證實了最後者的存在，團隊鎖定了一種名為「基底放射狀膠質細胞」（basal radial glia, bRG）的特殊神經幹細胞進行深入探討。
鎖定 DACH1 基因：實驗室3D大腦模型的驚人發現
在靈長類動物發育中的大腦裡，bRG細胞的數量特別豐富，但在老鼠體內則相對稀少。這些細胞能夠不斷分裂，擴大大腦皮質的細胞族群，而大腦皮質正是掌管知覺、語言、記憶等複雜功能的關鍵外層。研究人員發現，人類、猴子與老鼠共同擁有一個名為「DACH1」的基因，但靈長類動物多出了一個小型DNA調控區域，這個區域就像是一組 genetic switch（基因開關），精準控制 DACH1 的活性。
為了驗證這項機制的影響，研究團隊利用幹細胞在實驗室中培養出微小的三維大腦皮質類器官（cortical organoids），藉此模擬人類與恆河猴大腦的早期發育過程。當研究人員移除該調控DNA區域時，類器官所產生的關鍵 bRG 標記細胞隨之減少；相反地，當團隊將人類的調控DNA元件植入發育中的老鼠大腦時，具有 bRG 特徵的細胞數量則明顯增加。
從產業面來看，這項研究給了我們一個深刻的啟示：生物學上的創新不一定需要從零開始寫程式，有時候，改寫現有系統的「控制開關」就能帶來巨大的結構性突破。對一般人來說，這或許離日常醫療還有一段距離，但對基礎科學與未來的大腦疾病模型來說，這項發現無疑打開了一扇全新的大門，讓我們重新理解複雜性是如何在不增加基因總數的情況下被創造出來的。
觀察神經幹細胞的轉變與大腦連結的平衡
在進一步的實驗中，團隊透過活細胞成像技術，追蹤發育中老鼠大腦組織內個別神經幹細胞的分裂與子細胞產生過程。實驗性地提高 DACH1 的活性，會使發育成為 bRG 樣細胞的子細胞比例，從大約 4% 大幅提升至將近 15%。同時，研究人員也觀察到神經細胞發育類型的平衡產生了轉變，其中包含與大腦左右半球連結相關的細胞。
這些實驗結果清楚連結了 DNA 調控上的演化差異，與發育中大腦細胞行為的實質改變。雖然這項發現並不能直接解釋人類智力的演化歷程，但它確實揭示了大腦複雜度不僅取決於細胞產量，更取決於細胞的種類與彼此之間的連結方式。
前瞻與影響：改寫未來腦部發育研究的藍圖
這項突破性的發現將引導科學界思考更廣泛的問題：如果演化能夠改變控制現有基因的指令，那麼到底還有多少基因承擔了新的調控角色？隨著這些不同指令在腦部發育過程中相互協調，未來不僅能幫助科學家更深入解釋細胞生產、發育時序與細胞認同如何形塑靈長類的大腦架構，也可能為改善正常與異常大腦發育的實驗室研究模型奠定厚實基礎，為未來的醫療應用開創無限可能。
本文改寫整理自公開新聞來源，原始報導由Mirage News發布。
常見問題 FAQ
這項研究是由哪些機構共同合作完成的？
這項研究由國立陽明交通大學（NYCU）與中央研究院的研究人員領銜，並與日本京都大學的合作者共同完成。
研究中提到的 bRG 細胞是什麼？
bRG 是指基底放射狀膠質細胞（basal radial glia），這類細胞在靈長類發育中的大腦特別豐富，能不斷分裂並擴大大腦皮質的細胞族群，與知覺、語言和記憶等複雜功能息息相關。
DACH1 基因在靈長類大腦演化中扮演什麼角色？
DACH1 是一個由人類、猴子和老鼠共同擁有的基因，研究發現靈長類擁有一個小型 DNA 調控區域作為基因開關來控制 DACH1 的活性，進而影響神經幹細胞的發育與種類比例。
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