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3D EM 揭示了小鼠、猴子和人类神经回路的差异
发布时间:2022-06-28 10:48:38作者:辉骏生物-fitgene

小鼠大脑一直是研究突触回路和连接组学的主力。  然而,人类大脑皮层的神经元数量是小鼠的 1000 倍。  这些物种之间连接组的差异仍然知之甚少。


现在,神经科学家已经利用从神经外科干预获得的组织深入了解人类神经回路。他们使用 3D 电子显微镜来研究小鼠、猕猴和人类皮层样本的细胞类型组成和突触电路结构。与小鼠相比,这些数据揭示了人类中间神经元的新扩展网络。  在人类皮层中发现这个突出的网络鼓励进一步详细分析其在健康和疾病中的功能。


这项题为“小鼠和人类皮层的连接组学比较”研究结果发表在《Science》杂志上。


在某些方面,老鼠和人类的大脑是相似的:神经元具有相似的形状和特性,电激发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。


“那么,主要是因为我们的大脑大了 1000 倍,容纳了 1000 倍多的神经细胞,这让我们可以下棋和写儿童读物,而这些老鼠可以说是做不到的?”  法兰克福马克斯普朗克脑研究所连接组学系主任、医学博士 Moritz Helmstaedter 问道。


通过分析老鼠、猴子和人类的连接组,研究小组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,这种类型在老鼠身上基本上是不存在的。


研究人员使用来自神经外科干预的活组织检查,应用 3D 电子显微镜来绘制人脑样本中大约一百万个突触的图。  他们的数据显示,在人类中,中间神经元(在人类中丰富)相互连接的意外偏差,而对主要神经元的神经支配基本保持相似。


更具体地说,他们发现,与小鼠相比,人类中间神经元增加了 2.5 倍,这被轴突连接概率的变化所补偿。  因此,作者写道,它“没有使人类锥体细胞的抑制性与兴奋性突触输入平衡产生相应的增加。”


相反,他们继续说,“增加的抑制创建了一个扩展的中间神经元到中间神经元网络,这是由中间神经元靶向中间神经元类型的扩展和它们对中间神经元神经支配的突触选择性增加所驱动的。”


中间神经元约占皮层神经细胞的四分之一到三分之一,它们的行为方式非常奇特:它们非常活跃,然而,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或博物馆的看守一样:他们非常费力且消耗大量精力的活动是让他人保持平静、安静。现在想象一个房间里挤满了博物馆的警卫,所有人都互相保持沉默。  这就是人脑的发展!


理论研究表明,这种消音器网络可以延长最近事件在神经元网络中的保存时间:扩展工作记忆,事实上,很可能更长的工作记忆会帮助你处理更复杂的任务,扩展你的推理能力。


这一新发现表明人类首次明确的网络创新值得深入研究,它也可能是病理变化的部位,必须在神经精神疾病的背景下进行研究。  最后但同样重要的是:今天的主要人工智能方法都没有使用这种中间神经元到中间神经元的网络。

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