Cell:人类神经元独特 树突长分区增 亚隔室 单神元计算网络

邓文龙

Cell：是什么让人类神经元如此独特？

较长的人树突表现出增加的电分区  
单个神经元具有复杂的小型计算网络  更长的更大的树突分枝（dendritic arbor）赋予人神经元及其各自的神经回路增强的计算能力  树突末端中的低离子通道密度使得神经元具有尽可能多的亚隔室（subcompartment）。分枝越长，亚隔室越独立。在单个神经元中就有更多的亚隔室进行计算 单神元计算网络

2018-10-23 20:05

2018年10月23日/生物谷BIOON/---神经元又称神经细胞，分为细胞体（cell body）和突起（projection）两部分。细胞体由细胞核、细胞膜和细胞质组成。突起有树突（dendrite）和轴突（axon）两种。树突短而分枝多，直接由细胞体扩张突出，形成树枝状，其作用是接受其他神经元轴突传来的冲动并传给细胞体。轴突长而分枝少，为粗细均匀的细长突起，其作用是接受外来刺激，再由细胞体传出。轴突除分出侧枝外，其末端形成树枝样的神经末梢。

在光学显微镜下，可看到一个神经元的轴突末梢经过多次分支，最后每一小分支的末端膨大呈杯状或球状，叫做突触小体（synaptosome）。这些突触小体可以与多个神经元的细胞体或树突相接触，形成突触（synapsis）。从电子显微镜下观察，可看到这种突触是由突触前膜、突触间隙和突触后膜三部分构成。当神经冲动通过轴突传导到突触小体时，突触前膜对钙离子的通透性增加，突触间隙中的钙离子即进入突触小体内，促使突触小泡与突触前膜紧密融合，并出现破裂口。小泡内的递质释放到突触间隙中，并且经过弥散到达突触后膜，立即与突触后膜上的蛋白质受体结合，并且改变突触后膜对离子的通透性，引起突触后膜发生兴奋性或抑制性的变化。

人类神经元要比模型生物小鼠和大鼠的神经元大得多，不过并不清楚的是，这种大小是否在人大脑的计算能力中起着重要的作用。如今，在一项新的研究中，来自美国麻省理工学院、麻省总医院和哈佛医学院的研究人员证实不同于其他动物的神经元，人神经元使用高度分隔的信号。人神经元的树突处理电信号的方式与啮齿类动物不同。相关研究结果发表在2018年10月18日的Cell期刊上，论文标题为“Enhanced Dendritic Compartmentalization in Human Cortical Neurons”。论文通信作者为麻省理工学院的Mark T. Harnett和麻省总医院的Sydney S. Cash。

图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.08.045。

Harnett说，“人神经元基本上类似于大鼠神经元，但是鉴于它长得多，信号需要传播更远的距离。因此，人神经元的树突具有不同于大鼠的输入-输出功能。离细胞体越远的树突具有越少的用于控制信号处理的离子通道。这是我们绝对没想到的。”

Harnett研究神经元的生物物理特征如何塑造大脑中的信息处理。他认为我们更长的更大的树突分枝（dendritic arbor）赋予人神经元及其各自的神经回路增强的计算能力。他说，“人神经元在电学上更加分隔，并且能够利用这一点。我们认为树突末端中的低离子通道密度使得神经元具有尽可能多的亚隔室（subcompartment）。分枝越长，亚隔室越独立。在单个神经元中就有更多的亚隔室进行计算。”

Harnett说，“以这种方式整合不同的信息能够让单个神经元具有复杂的小型计算网络。”

通过使用一种称为膜片钳记录（patch-clamp recording）的技术，这些研究人员首次直接记录活的人大脑组织中的树突活动。在膜片钳记录技术中，将微小的玻璃针密封在细胞膜上来测量详细的电学特性。这种大脑组织是通过大脑外科手术从癫痫患者的前颞叶中获取的。

这项研究最终可能也有益于癫痫患者，对这类患者而言，有时会切除他们的一小部分脑组织来控制对药物无反应的癫痫发作。Harnett说，“人们长期使用动物模型来研究癫痫，但是很明显的是，至少在神经元的树突中，人类和啮齿类动物之间存在一些非常显著的差异。我们越了解离子通道和膜兴奋性，我们就越能深入了解癫痫的发病机制以及如何治疗它。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Lou Beaulieu-Laroche, Enrique H.S. Toloza, Marie-Sophie van der Goes et al. Enhanced Dendritic Compartmentalization in Human Cortical Neurons. Cell, 18 October 2018, 175(3):643-651, doi:10.1016/j.cell.2018.08.045.

https://www.cell.com/cell/fullte ... 61%3Fshowall%3Dtrue

http://news.bioon.com/article/6729043.html



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