人腦中的特殊中間神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)

對人腦的分析是神經(jīng)科學(xué)的核心目標(biāo)。然而，出于方法學(xué)的原因，研究主要集中在模式生物上，特別是小鼠?，F(xiàn)在，神經(jīng)科學(xué)家使用從神經(jīng)外科干預(yù)獲得的組織獲得了關(guān)于人類神經(jīng)回路的新見解。與小鼠相比，三維電子顯微鏡數(shù)據(jù)揭示了人類中間神經(jīng)元的新擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。在人類皮層中發(fā)現(xiàn)這一突出的網(wǎng)絡(luò)組件有助于進(jìn)一步詳細(xì)分析其在健康和疾病中的功能。

乍一看，老鼠和人類的大腦驚人地相似：形成我們大腦的神經(jīng)細(xì)胞具有非常相似的形狀和性質(zhì)，電激發(fā)的分子機(jī)制高度保守，在其他物種中發(fā)現(xiàn)的許多生物物理現(xiàn)象似乎也適用于人腦。“那么，主要是因?yàn)槲覀兊拇竽X大了 1000 倍，容納了 1000 倍多的神經(jīng)細(xì)胞，這讓我們可以下棋和寫兒童讀物，而這些老鼠可能無法做到?” 馬克斯普朗克腦研究所(法蘭克福)主任莫里茨赫爾姆施泰特問道，他領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)于 6 月 23 日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的新研究。

人類皮層中的密集網(wǎng)絡(luò)映射揭示了一個巨大的中間神經(jīng)元到中間神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，而該網(wǎng)絡(luò)在小鼠中幾乎不存在。這種新穎的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)可能構(gòu)成人類皮層的關(guān)鍵進(jìn)化發(fā)明。圖片來源：Loomba、Helmstaedter、MPI 大腦研究

通過分析小鼠、猴子和人類的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，并在腦組織活檢中繪制它們的完整結(jié)構(gòu)，即所謂的連接組，Helmstaedter 和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)人類皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)進(jìn)化出一種在小鼠中基本上不存在的新型神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)類型。這種神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)依賴于抑制性中間神經(jīng)元之間的豐富連接。

研究人員使用神經(jīng)外科醫(yī)生 Hanno-Sebastian Meyer 和他在慕尼黑工業(yè)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的神經(jīng)外科干預(yù)活檢，應(yīng)用 3 維電子顯微鏡來繪制人腦樣本中大約一百萬個突觸的圖。他們的數(shù)據(jù)顯示，在人類中，中間神經(jīng)元(人類豐富)相互連接的意外偏差，而主要神經(jīng)元的神經(jīng)支配(突觸連接)在很大程度上保持相似。該研究的主要作者之一 Sahil Loomba 說：“這向我們表明，中間神經(jīng)元到中間神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展了近 10 倍。”

“中間神經(jīng)元制造了大約四分之一到三分之一的皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞，它們的行為方式非常奇特：然而，它們非?；钴S，不是為了激活其他神經(jīng)元，而是為了讓它們沉默。就像幼兒園的看護(hù)人，或者博物館里的警衛(wèi)：他們非常費(fèi)力且消耗大量能量的活動是讓他人保持平靜、安靜，”Helmstaedter 解釋道。“現(xiàn)在想象一個房間里擠滿了博物館的守衛(wèi)，所有人都互相保持沉默。這就是人類大腦的發(fā)展!”

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