科学家发现灵长类动物和其他动物之间大脑的关键差异

科学家发现灵长类动物和其他动物之间大脑的关键差异一个多国研究小组现在已经更好了解物种之间大脑皮层神经元架构的差异，这要归功于高分辨率显微镜。波鸿鲁尔大学发育神经生物学研究小组的研究人员在PetraWahle教授的领导下，已经证明灵长类动物和非灵长类动物在其结构上一个重要差异：轴突的起源，这是负责传输被称为动作电位电信号的过程。这些结果最近发表在《eLife》杂志上。研究小组研究了各种动物，包括啮齿类动物（小鼠、大鼠）、有蹄类动物（猪）、食肉动物（猫、雪貂），以及动物学灵长类的猕猴和人类。科学家们通过使用五种不同的染色技术和对超过34,000个神经元的评估得出结论，非灵长类动物和灵长类动物之间存在着物种差异。与非灵长类动物的兴奋性锥体神经元相比，灵长类动物大脑皮层外层II和III的兴奋性锥体神经元上携带轴突的树突明显较少。此外，对于抑制性中间神经元，在猫和人类物种之间发现了携带轴突的树突细胞百分比方面的巨大差异。在比较具有初级感觉和高级大脑功能的猕猴皮层区域时，没有观察到定量差异。研究人员表示，高分辨率显微镜在研究中特别重要，这使得检测轴突起源可以在微米级准确跟踪，这在传统显微镜下有时并不那么容易。通常，一个神经元将到达树突的兴奋性输入与抑制性输入进行整合，这一过程被称为体突整合。然后，神经元决定输入是否足够强大和重要，以通过动作电位传送到其他神经元和脑区。携带轴突的树突被认为是有特权的，因为这些树突的去极化输入能够直接唤起动作电位，而无需参与体细胞整合和体细胞抑制。为什么会演变出这种物种差异，以及它对灵长类动物的新皮层信息处理可能具有的潜在优势，目前尚不清楚。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1301255.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1301255.htm

科学家将人脑器官移植到成年大鼠体内 它们对视觉刺激有反应

科学家将人脑器官移植到成年大鼠体内它们对视觉刺激有反应移植了人脑器官的大鼠大脑的组织学图像几十年的研究表明，我们可以将单个人类和啮齿类动物的神经元移植到啮齿类动物的大脑中，而且最近，已经证明人类大脑器官可以与发育中的啮齿类动物大脑整合。然而，这些类器官移植是否能在功能上与受伤的成年大脑的视觉系统整合，还有待探索。资深作者、宾夕法尼亚大学神经外科助理教授H.IsaacChen说："我们关注的不仅仅是移植单个细胞，而是实际移植组织。大脑器官有架构；它们有类似于大脑的结构。我们能够观察这个结构中的单个神经元，以更深入地了解移植的器官体的整合情况。"研究人员在实验室里将人类干细胞衍生的神经元培养了大约80天，然后将它们移植到视觉皮层受伤的成年老鼠的大脑中。在三个月内，移植的器官组织已经与宿主的大脑融为一体：血管化，大小和数量增长，发出神经元突起，并与宿主的神经元形成突触。研究小组利用荧光标记的病毒，沿着神经元之间的突触跳跃，检测并追踪类器官和宿主大鼠脑细胞之间的物理连接。Chen说："通过将这些病毒示踪剂之一注入动物的眼睛，我们能够追踪视网膜下游的神经元连接。示踪剂一直到达了类器官。"接下来，研究人员使用电极探针来测量当动物被暴露在闪烁的灯光和交替的白条和黑条下时，类器官内单个神经元的活动。"我们看到，类器官内的大量神经元对特定方向的光线有反应，这给我们提供了证据，表明这些类器官神经元不仅能够与视觉系统整合，而且能够采用视觉皮层的非常具体的功能。"该研究小组对有机体在短短三个月内能够整合的程度感到惊讶。"陈说："我们没有料到这么早看到这种程度的功能整合。已经有其他研究在研究单个细胞的移植，显示即使你将人类神经元移植到啮齿动物体内9或10个月后，它们仍然没有完全成熟。"Chen说："神经组织有可能重建受伤的大脑区域。我们还没有解决所有问题，但这是非常坚实的第一步。现在，我们想了解如何将有机体用于大脑皮层的其他区域，而不仅仅是视觉皮层，而且我们想了解指导有机体神经元如何与大脑整合的规则，以便我们能够更好地控制这一过程，使其更快地发生。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343623.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1343623.htm

科学家揭示灵长类动物大脑之间的差异 - 人类、猿类和猴类

科学家揭示灵长类动物大脑之间的差异-人类、猿类和猴类了解使人类大脑与众不同的分子差异可以帮助科学家研究其发展中的中断。一项新的研究调查了人类和非人类灵长类动物如黑猩猩、恒河猴和狨猴之间前额叶皮层细胞的差异和相似之处--前额叶皮层是大脑的最前端区域，这个区域在高级认知功能中起着核心作用。该研究最近发表在《科学》杂志上，由包括威斯康星大学麦迪逊分校神经科学教授AndreSousa在内的一个研究小组进行。这些物种之间的细胞差异可能阐明了它们的进化步骤，以及这些差异如何与人类所见的自闭症和智力障碍等疾病有关。在华盛顿大学麦迪逊分校韦斯曼中心研究大脑发育生物学的索萨决定与他作为博士后研究员工作的耶鲁大学实验室合作，从研究和分类前额叶皮质的细胞开始。研究人员分析了来自四种密切相关的灵长类动物的前额皮层细胞（每个大脑中的阴影区域）的遗传物质，以描述细胞类型和遗传学方面的微妙差异。图像来源：威斯康星大学麦迪逊分校"我们正在对背外侧前额叶皮层进行分析，因为它特别有趣。这个皮层区域只存在于灵长类动物中。它不存在于其他物种中，"Sousa说。"它与高度认知方面的几个相关功能有关，如工作记忆。它也被牵涉到一些神经精神疾病中。因此，我们决定做这项研究，以了解人类在这个大脑区域的独特之处。"Sousa和他的实验室从人类、黑猩猩、猕猴和狨猴的组织样本中收集了60多万个前额皮质细胞的遗传信息。他们分析了这些数据，将细胞分为不同的类型，并确定不同物种间类似细胞的差异。不出所料，绝大部分的细胞是相当类似的，因为这些物种在进化上相对接近。安德烈-索萨索萨和他的合作者在前额叶皮层中发现了五种在所有四个物种中都不存在的细胞类型。他们还发现某些细胞类型的丰度存在差异，以及不同物种间类似细胞群的多样性。当比较黑猩猩和人类时，差异似乎很大--从他们的身体外观到他们的大脑能力。但是在细胞和基因水平上，至少在前额叶皮层中，相似之处很多，而不同之处则很少。"我们的实验室真的想知道人类的大脑有什么独特之处。显然，从这项研究和我们以前的工作来看，它的大部分实际上是相同的，至少在灵长类动物中是如此，"Sousa说。研究人员发现的细微差异可能是确定其中一些独特因素的开始，而这些信息可能导致在分子水平上对发育和发育障碍的启示。"我们想知道在人类和其他灵长类动物之间的进化分裂之后发生了什么，"Sousa说。"这个想法是在一个基因或几个基因中发生了突变，这些基因现在的功能略有不同。但是，如果这些基因与大脑发育有关，例如，某种细胞产生的数量，或细胞与其他细胞的连接方式，它是如何影响神经元回路和它们的生理特性？我们想了解这些差异如何导致大脑中的差异，然后导致我们可以在成年人身上观察到的差异"。该研究的观察是在成年人的大脑中进行的，在大部分发育完成之后。这意味着，这些差异可能是在大脑发育过程中发生的。因此，研究人员的下一步是研究发育中的大脑样本，并将他们的调查范围扩大到前额叶皮层之外，以便有可能找到这些差异的起源地和时间。希望这些信息将导致一个更强大的基础，在此基础上进行发育障碍研究。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332685.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332685.htm

科学家将人类脑细胞植入大鼠体内并控制其行为

科学家将人类脑细胞植入大鼠体内并控制其行为斯坦福大学的研究人员将人类神经元移植到大鼠的大脑中，看到它们成熟为混合的大脑回路，然后用它们来影响啮齿动物的行为。这项工作标志着神经科学向前迈出了令人印象深刻的一步，并且可以看到大鼠大脑成为研究认知障碍的活实验室。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1328675.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1328675.htm

科学家归纳出驱动大脑洞察力的通用工作流程

科学家归纳出驱动大脑洞察力的通用工作流程揭开神经元功能的秘密：通用工作流程。蓝脑公司推出了一种通用工作流程，利用进化算法创建精确的神经元模型。这种方法简化了模型的创建，产生了代表整个神经元类型的典型模型，并为未来的改进铺平了道路。图片来源：©BlueBrainProject/EPFL这些电子模型在推动我们了解神经元形态如何影响兴奋性以及特定离子电流如何促进细胞功能方面发挥了关键作用。此外，它们在构建神经元回路以模拟和研究大脑活动方面也发挥了重要作用，让我们得以一窥支撑我们思想和行动的神经元的复杂舞动。创建能忠实复制实验观察结果的精确电子模型并非易事。这需要量化模型响应与实际电生理行为之间的相似性，而当离子通道电导和被动膜特性等参数无法直接测量时，这就具有挑战性。要想获得较高的相似性分数，往往需要对参数空间进行广泛的探索，这项工作既艰巨又耗时。为了应对这些挑战，研究人员向进化算法（EAs）寻求帮助。进化算法是在高维空间中进行全局参数优化的高效工具。其中，基于指标的进化算法（IBEA）在这方面大有可为。然而，该领域仍然缺乏完全开源和可复制的模型优化工作流程。在这项刊登在11月份《模式》杂志封面上的新研究中，蓝脑（BlueBrain）项目提出了一种开创性的通用工作流程，用于创建、验证和推广详细的神经元模型。这种方法建立在开源工具的基础上，所有步骤均可免费使用，为研究人员构建神经元模型提供了全面的解决方案，这些模型既可以代表单个生物细胞，也可以代表预定义的细胞类型。该工作流程的独特功能之一是能够构建所谓的典型神经元模型。BBP小组组长维尔纳-范盖特（WernerVanGeit）解释说："我们创建的不是针对单个神经元定制的模型，而是代表整个神经元类型的模型。"这种方法在研究特定神经元类型的特性和构建大型神经元回路时特别有用"。在这项研究中，作者应用工作流程创建了40个模型，代表了幼鼠体感皮层中的11种电类型（e-types），体感皮层是大脑皮层中负责处理来自身体各部位的与触觉、压力、温度和疼痛有关的感觉信息的区域。每个模型都根据一组电生理特征进行了优化，以确保与实验数据密切匹配。然后在各种形态上对这些典型模型进行测试，以评估它们的通用性。通过分析这些模型中使用的参数，科学家们深入了解了它们的生物物理特性。"灵敏度分析有助于揭示哪些参数对模型性能至关重要，哪些参数可以变化而不影响结果，"共同第一作者克里斯蒂安-罗塞特（ChristianRössert）强调说，"这种更深入的理解对完善模型的创建大有帮助。虽然这种方法很强大，但作者指出了目前的一些局限性。某些神经元类型能很好地概括各种形状，而其他类型则很难。了解为什么某些模型在特定形态下效果更好是一个正在进行的研究领域。此外，创建一个单一的典型模型意味着忽略真实神经元中的一些变异性。为了解决这个问题，神经科学家可以根据相同的输入创建多个模型，引入变异以代表真实世界的多样性。共同第一作者玛丽亚-雷瓦（MariaReva）指出："这里介绍的这套电子模型是基于对神经元主体的贴片钳记录进行的电学测量。在未来的版本中，这些模型可以丰富更多细节，如突触和树突整合以及额外的离子电流，这些改进将使我们更接近于了解神经元的功能。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389221.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389221.htm

耶鲁科学家找到了人类大脑前额叶皮层区域的独有特征

耶鲁科学家找到了人类大脑前额叶皮层区域的独有特征在2022年8月25日发表于《科学》杂志上的一篇论文中，耶鲁大学研究人员详细介绍了人类大脑前额叶皮层的独有特征。据悉，背外侧前额叶皮层（dlPFC）是灵长类动物独有的大脑区域，其在高阶认知能力方面起到了重要的作用。而借助单细胞RNA测序技术，研究人员分析了从成人、黑猩猩、猕猴、以及狨猴身上收集的数十万个dlPFC细胞中的基因表达水平。截图（来自：Science）论文资深作者、耶鲁大学Harvey&KateCushing神经学教授、兼比较医学/遗传学/精神病学教授NenadSestan表示：尽管当下我们将背外侧前额叶皮层（dlPFC）视作人类身份的核心组成部分，但仍不清楚它为何被人类所独有、并将我们与其它灵长类动物区分开来。好消息是，现在我们已经知悉了更多线索。为了回答这个问题，科学家们首先遍历了在人类或其它分析过的非人类灵长类物种中，是否也存在任何独特的细胞类型。在对具有相似表达谱的细胞进行分组后，研究人员发现了109种共享的灵长类细胞类型、且其中有五种并非所有物种所共有。其中包括一种仅存在于人类身上的小胶质细胞/大脑特异性免疫细胞，以及仅由人类和黑猩猩共享的另一种细胞。深入了解后，可以确定这种具有人类特异性的小胶质细胞类型，存在于物种的整个发育和成年期——表明这些细胞在维持大脑、而不是对抗疾病方面发挥了作用。NenadSestan教授补充道，与其他灵长类动物相比，人类生活在一个非常不同的环境中，有着独特的生活方式和神经胶质细胞。其中包括的小胶质细胞，对上述差异非常敏感——意味着该细胞类型可能代表了对环境的免疫反应。此外在对小胶质细胞基因表达的分析中，耶鲁科学家还发现了另一个人类特有的惊喜，那就是FOXP2基因的存在。这一发现引起了研究人员的极大兴趣，因为FOXP2的变体与言语运动障碍有关——这是一种让患者难以产生言语的疾病。另有研究表明，FOXP2与其它神经精神类疾病有关——比如自闭症、精神分裂症和癫痫。Sestan及其同事指出，在一部分兴奋性神经元中，该基因表现出了灵长类动物的特异性表达、但又在小胶质细胞中表现出了人类的特异性表达。该实验室的博士后助理兼研究合著者ShaojieMa总结道：几十年来，FOXP2引起了科学家们的浓厚兴趣，但我们迟迟没有知晓它是如何让人类具有这种区别于其它灵长类动物的独特性的。我们对FOXP2的新发现感到异常兴奋，因其开辟了语言和疾病研究的新方向。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1312423.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1312423.htm