挪威科技大學Kavli系統神經科學研究所的Yaksi小組的研究人員通過觀察斑馬魚的大腦，研究大腦的解剖學和功能。沿腦室生長的細胞配有微小的毛髮狀突起，這種毛髮狀突起被稱為纖毛。目前對纖毛的了解甚少，但我們知道它們如果停止工作將會發生什麼。

圖片來源：Kavli系統神經研究所，Yaksi小組

有纖毛缺陷的人可能會出現腦積水和脊柱側凸等神經系統疾病。

來自挪威科技大學Kavli系統神經科學研究所的Yaski小組的新研究表明，纖毛是大腦正常發育所必須的。

人腦有四個充滿液體的腔，稱為腦室，所有的腔都是相互連通的。腦室內生產並充滿了腦脊液，腦脊液是持續運動的，但具體運動因我們正在做的事情而有所不同。

“有幾種理論存在，但多年來，這種流體循環被認為是為大腦提供營養，同時也移除了廢物，”NTNU的Kavli研究所的高級研究員Nathalie Jurisch-Yaksi說。

“腦脊液的流動有助於在整個大腦中傳遞分子信號，”Kavli研究所的教授Emre Yaksi說。由於道德和實際原因，不可能對人類進行這種研究。因此，研究小組選擇對斑馬魚幼魚進行研究。

斑馬魚幼魚是這類研究的理想選擇。它們就像人類一樣是脊椎動物，可以告訴我們人類大腦是如何發育和工作的。實際上，斑馬魚在幼年階段是透明的。這意味著研究人員無需進行任何干預，就可以非常詳細地研究斑馬魚的大腦發育過程和功能，並且不會造成任何疼痛。

“我們甚至可以調查每個細胞和每根纖毛，”研究人員Christa Ringers說。

Yaksi研究小組的研究人員發現，具有纖毛的細胞群被分佈在腦室的不同區域，它們共同組成一個穩定的液體而定向流動。

心跳脈動和身體運動也會影響腦脊液的循環，但纖毛的運動似乎在保障單個腦室內穩定的液體流動。這種流動是局部的，因此它主要局限於每個腦室。但與此同時，似乎需要分隔流動以保持不同腦室之間的管道開放暢通。

“如果我們停止纖毛的運動，連接腦室的導管會關閉，”Jurisch-Yaksi說。每個腦室中的流體流動和不同腦室之間的流體交換取決於我們是靜止狀態還是移動狀態。

“只要魚處於靜止狀態，我們發現腦室之間的液體交換極少，即使心臟跳動導致它們之間有一些流動，”研究人員Emilie Willoch Olstad說。

但是當我們移動時，這一切都會發生改變。運動導致不同腦室之間很大程度的流體交換。纖毛主要有兩種，運動或者非運動，也稱為初級纖毛。Yaksi小組檢查了運動纖毛。

與人體內大多數其他導致液體轉移的纖毛不同——例如保護肺部的刷狀呼吸道纖毛，Kavli的研究人員發現，發育中的斑馬魚腦室周圍的纖毛具有螺旋槳狀的運動形式，很像精子的尾巴。

與此同時纖毛還可以間接幫助大腦保持年輕和健康。新的神經細胞生長在充滿液體的腦室壁附近。從這裡，它們遷移到大腦的不同區域。

這些新生細胞的分化被認為受到營養物和分子信號的影響，​​這些信號通過腦室壁附近的腦脊液流動從而被傳遞。

在斑馬魚中，新神經元的誕生，也稱為神經發生，不僅發生在發育中的大腦中，也發生在成年魚類中。最近的研究表明，這種情況也發生在人類身上。

研究流體的動態運動非常複雜，需要採用多學科方法。數學家、工程師和物理學家都可以幫助了解纖毛運動如何發生並產生流動。

Kavli研究所的Yaksi小組渴望與工程師們合作，因為工程師可以幫助更好的分析工具和計算機模型來研究大腦中的液體循環。他們正在積極尋找具有相應技能的人員和合作者。他們的研究還遠遠沒有結束。下一步是通過操縱纖毛來觀察是否有可能影響斑馬魚的大腦功能。

例如，當纖毛介導的流動受到干擾時，神經活動，甚至晝夜節律將如何變化？斑馬魚白天通常比夜晚活躍得多。改變腦脊液流動會改變魚類在一天中不同時間對環境的感知和反應方式嗎？這些將是研究人員計劃解決的下一個問題。