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

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

是什么让人类的智慧与众不同？科学家找出了解大脑的新窗口

是什么让人类的智慧与众不同？科学家找出了解大脑的新窗口研究人员发现，人类大脑增强的处理能力可能源于我们神经元结构和功能的差异。图像来源：昆士兰大脑研究所/斯蒂芬-威廉姆斯教授他们最近在《细胞报告》杂志上发表了他们的发现。昆士兰大学昆士兰大脑研究所（QBI）的斯蒂芬-威廉姆斯教授解释说，他的团队研究了人类新皮层锥体神经元嵌入其神经元网络的电特性。"为了研究人类神经元，我们从人类新皮层的小块组织中制备了活体组织片，这些组织片是从两家医院接受神经外科手术以缓解难治性癫痫或切除脑肿瘤的病人身上收集的，"威廉姆斯教授说。"我们通过对人类和啮齿类动物的锥体神经元的细胞体和细树突进行错综复杂的同步电记录来比较人类和啮齿类动物的电特性。我们的研究显示，人类和啮齿动物的新皮层锥体神经元具有共同的基本生物物理特性。例如，我们发现人类和啮齿类新皮层锥体神经元的树突都会产生树突钠尖峰，这表明整合一个神经元接收的成千上万个输入信号的机制是一致的。然而，我们发现人类新皮层锥体神经元的计算功能得到了极大的加强"。该研究的共同作者、QBI博士后HelenGooch博士表示，研究小组发现人类新皮层锥体神经元的树状结构，也就是携带电信号的树枝状延伸部分比其他哺乳动物，如啮齿类动物的树状结构更大、更复杂。Gooch博士说："人类树突树的这种阐述伴随着在多个地点产生树突尖峰，这些尖峰积极地在神经元中扩散，以驱动每个神经元的输出信号。我们认为，这种分布式树突信息处理的增强因此可能是提高我们大脑整体处理能力的一个因素"。这种发现的转化为更好地理解人类大脑的电活动在疾病中如何受到干扰铺平了道路。母校医院神经科医生和共同作者LisaGillinder博士说："作为临床研究人员，我们不仅对了解人类脑细胞的正常功能感到兴奋，而且通过这一领域的未来研究，我们还旨在更好地了解像癫痫这样的疾病所发生的功能变化，希望能改善治疗。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333357.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333357.htm

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

科学家绘制人类大脑一小部分的高分辨率地图

科学家绘制人类大脑一小部分的高分辨率地图根据发表在《》期刊上的一项研究，哈佛和Google的科学家绘制出人类大脑一小部分的高分辨率3D地图。图谱揭示了脑细胞神经元之间的新连接模式，以及围绕自身形成结的细胞，以及几乎互为镜像的成对神经元。3D地图覆盖了大约一立方毫米的体积，是整个大脑的百万分之一，包含了大约57,000个细胞和1.5亿个突触。它包含了1.4pb的庞大数据。这块大脑碎片取自一名45岁的女性，当时她正在接受治疗癫痫的手术。它来自大脑皮层，这是大脑中负责学习、解决问题和处理感官信号的部分。样品浸泡在防腐剂中，并用重金属染色，使细胞更容易被看到。研究人员将样本切成大约5000片——每片只有34纳米厚——可以用电子显微镜成像。他们建立了AI模型，能将显微镜图像拼接在一起，以3D方式重建整个样本。来源，频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

科学家们发现定向运动可以训练大脑 有助于对抗认知能力的衰退

科学家们发现定向运动可以训练大脑有助于对抗认知能力的衰退据研究人员称，定向运动中身体锻炼和导航的结合可能会刺激大脑的某些部分，这些部分对我们祖先的狩猎和采集至关重要。据认为，大脑经过数千年的进化，通过发展新的神经通路来适应恶劣的环境。由于现代的便利条件，如GPS应用程序和现成的食物，这些相同的大脑功能对于今天的生存并不那么必要。研究人员认为这是一个"不使用它就失去它"的案例。"现代生活可能缺乏大脑茁壮成长所需的特定认知和物理挑战，"监督这项研究的麦克马斯特大学加拿大大脑健康和老化研究主席珍妮弗-海斯说。"在缺乏主动导航的情况下，我们有可能失去这种神经结构"。运动学家JenniferHeisz（右）和研究生EmmaWaddington（左）研究了定向运动在对抗认知能力下降方面的作用。海斯指出，阿尔茨海默病的最早症状之一是失去找路的能力，所有患者中有一半受到影响，即使是在疾病的最温和阶段。在最近发表在《PLOSONE》杂志上的这项研究中，研究人员调查了健康的成年人，年龄从18岁到87岁不等，具有不同程度的定向运动专长（无、中级、高级和精英）。参加定向运动的人报告了更好的空间导航和记忆能力，这表明在常规锻炼中加入寻路的元素可能对人的一生都有好处。主要作者艾玛-瓦丁顿说："当涉及到大脑训练时，定向运动的身体和认知要求有可能给人带来更多的收益，而不是仅仅是锻炼，"她是运动学系的一名研究生，设计了这项研究，并且是国家定向运动队的教练和成员。麦克马斯特大学的研究人员发现定向运动的参与者报告了更好的空间导航和记忆，这表明这项运动可能有利于对抗认知能力的下降。定向越野的目标是通过在不熟悉的地区尽可能快地奔跑，只用地图和指南针找到一系列检查点来进行导航。最熟练的运动员必须在几个心理任务之间有效切换，在快速穿越地形的同时做出快速决定。这项运动是独特的，因为它需要主动导航，同时在以不同方式处理空间信息的大脑部分之间进行快速转换。例如，阅读地图取决于相对于环境的第三人称视角。定向运动者必须在跑动过程中，实时地将这些信息与他们自己在环境中的位置相对应，进行快速转换。研究人员说，这是GPS系统从现代生活中设计出来的一种技能。这不仅可能影响我们的导航能力，而且还影响我们的空间处理和记忆，因为这些认知功能依赖于重叠的神经结构。研究人员建议，有两个简单的方法可以将更多的定向运动纳入到日常生活中：关闭GPS，在旅行时使用地图来找路；通过使用新的路线来跑步、散步或骑车来挑战自己的空间。"定向运动在很大程度上是一项生活化的运动。你经常可以看到从6岁到86岁的参与者都在从事定向运动，"Waddington说。"我长期参与这项运动，使我了解了学习导航技能背后的过程，我受到启发，研究定向运动的独特性以及这项运动对老龄人口可能具有的科学意义。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350289.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350289.htm