3DEM揭示小鼠猴子和人类神经回路的差异

小鼠大脑已成为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大脑皮层的1000倍。这些物种之间连接组的差异仍然知之甚少。

现在，神经科学家利用神经外科干预获得的组织对人类神经回路有了深入的了解。他们使用3D电子显微镜研究小鼠、猕猴和人类皮质样本的细胞类型组成和突触回路结构。这些数据揭示了与小鼠相比，人类的中间神经元网络出现了新的扩展。人类皮质中这一重要网络的发现有助于进一步详细分析其在健康和疾病中的功能。

这项工作发表在《科学》杂志上的论文“小鼠和人类皮层的连接组比较”中。”

在某些方面，小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，容纳的神经细胞多了1000倍，这使得我们能够下棋和写儿童读物，而老鼠可能无法做到这一点?”法兰克福马克斯·普朗克脑研究所连接组学系主任莫里茨·赫尔姆斯塔特(MoritzHelmstaedter)医学博士问道。

通过分析小鼠、猴子和人类的连接组，研究小组发现人类皮质网络已经进化出一种新型的神经元网络类型，而小鼠中基本上不存在这种网络类型。

研究人员利用神经外科干预的活检，应用3D电子显微镜绘制了人脑样本中约一百万个突触的图谱。他们的数据显示，在人类中，中间神经元(在人类中丰富)彼此连接存在意想不到的偏差，而主要神经元的神经支配仍然基本相似。

更具体地说，他们发现，与小鼠相比，人类的中间神经元增加了2.5倍，但轴突连接概率的变化得到了补偿。因此，作者写道，它“并没有使人类锥体细胞的抑制性与兴奋性突触输入平衡相应增加。”

相反，他们继续说，“抑制的增加创造了一个扩大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大和中间神经元神经支配的突触选择性的增加所驱动的。”

“中间神经元约占皮质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：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一样：他们非常费力且消耗大量精力的活动就是为了让其他人保持平和、安静，”Helmstaedter解释道。“现在想象一下，一个房间里挤满了博物馆警卫，所有人都互相沉默。这就是人类大脑发育出来的!”

理论工作表明，这种消音器网络可以延长近期事件在神经元网络中保存的时间：扩大工作记忆。“事实上，更长的工作记忆很有可能帮助你处理更复杂的任务，扩展你的推理能力，”赫尔姆施塔特说。

这项新发现表明人类首次出现明确的网络创新，值得进一步深入研究。他补充道：“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。最后但并非最不重要的一点是：当今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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