Science：揭示人类大脑中特有的中间神经元网络

顾汉现

Science：揭示人类大脑中特有的中间神经元网络

神经回路
中间神经元
连接组
主神经元

来源：生物谷原创 2022-07-06 10:10

对人脑的分析是神经科学的一个核心目标。然而，由于方法上的原因，研究主要集中在模型生物上，特别是小鼠。
对人脑的分析是神经科学的一个核心目标。然而，由于方法上的原因，研究主要集中在模型生物上，特别是小鼠。如今，在一项新的研究中，来自德国马克斯-普朗克大脑研究所、慕尼黑工业大学和荷兰拉德堡德大学的研究人员利用从神经外科干预中获得的组织对人类神经回路有了新的认识。三维电子镜数据显示，与小鼠相比，人类的中间神经元网络有了新的扩展。人类大脑皮层中这一突出的中间神经元网络发现促使人们进一步详细分析它在健康和疾病中的功能。相关研究结果于2022年6月23日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Connectomic comparison of mouse and human cortex”。


乍一看，小鼠和人类的大脑惊人地相似：构成我们大脑的神经细胞具有非常相似的形状和特性，电兴奋的分子机制高度保守，在其他物种中发现的许多生物物理现象似乎也适用于人类大脑。论文通讯作者、马克斯-普朗克大脑研究所所长Moritz Helmstaedter问道，“这主要是因为我们的大脑比小鼠大1000倍，容纳了1000倍的神经细胞，从而让我们能够下棋和写儿童读物，而小鼠显然做不到这些吗？”

通过分析小鼠、猴子和人类的神经元网络，并在脑组织活检中绘制它们的完整结构，即所谓的连接组（connectome），Helmstaedter和他的团队发现人类的皮层网络已经进化出一种新的神经元网络类型，而这在小鼠中基本上是不存在的。这种神经元网络依赖于抑制性中间神经元之间的丰富连接。

这些作者利用神经外科医生Hanno-Sebastian Meyer及其团队在慕尼黑工业大学进行神经外科干预所获得的活体组织，应用三维电镜绘制了人类大脑样本中大约一百万个突触。他们的数据显示，在人类中，在人类中富集的中间神经元相互连接的偏向性出乎意料，而主神经元（principal neuron）的神经支配---亦即突触连接---在很大程度上保持相似。论文共同第一作者Sahil Loomba说，“这向我们表明，中间神经元之间的网络几乎扩大了10倍。”


非典型的中间神经元类型，图片来自Neuroscience, 2017, doi:10.1016/j.neuroscience.2017.05.027。

Helmstaedter说，“中间神经元约占皮层神经细胞的四分之一到三分之一，它们的行为非常奇特：然而，它们高度活跃，不是为了激活其他神经元，而是为了让它们沉默。就像幼儿园的看护人员，或博物馆的警卫：他们非常费力和高度消耗能量的活动是为了保持其他人的和平、安静。现在想象一下，一屋子的博物馆守卫，都在互相让对方闭嘴。这就是人类大脑的发育！”

但这可能意味着什么？理论研究工作已提示着这种抑制性中间神经元网络可以延长近期事件在神经元网络中的保存时间：扩大工作记忆。Helmstaedter说，“事实上，非常合理的是，更长的工作记忆将帮助你处理更复杂的任务，扩大你的推理能力。这一新发现表明人类首次出现了明确的网络创新，值得深入研究。他补充说，“”它也可能是一个病理变化的场所，必须在神经精神疾病的背景下进行研究。最后但并非最不重要的是：今天的主要人工智能方法都没有使用这类中间神经元之间的网络。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Sahil Loomba et al. Connectomic comparison of mouse and human cortex. Science, 2022, doi:10.1126/science.abo0924.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo0924

https://news.bioon.com/article/0761e31297db.html



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