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小鼠大腦一直是研究突觸回路和連接組學(xué)的主力。  然而，人類大腦皮層的神經(jīng)元數(shù)量是小鼠的 1000 倍。  這些物種之間連接組的差異仍然知之甚少。

現(xiàn)在，神經(jīng)科學(xué)家已經(jīng)利用從神經(jīng)外科干預(yù)獲得的組織深入了解人類神經(jīng)回路。他們使用 3D 電子顯微鏡來(lái)研究小鼠、獼猴和人類皮層樣本的細(xì)胞類型組成和突觸電路結(jié)構(gòu)。與小鼠相比，這些數(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)這個(gè)突出的網(wǎng)絡(luò)鼓勵(lì)進(jìn)一步詳細(xì)分析其在健康和疾病中的功能。

這項(xiàng)題為“小鼠和人類皮層的連接組學(xué)比較”研究結(jié)果發(fā)表在《Science》雜志上。

在某些方面，老鼠和人類的大腦是相似的：神經(jīng)元具有相似的形狀和特性，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)象似乎也適用于人類大腦。

“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，而這些老鼠可以說(shuō)是做不到的？”  法蘭克福馬克斯普朗克腦研究所連接組學(xué)系主任、醫(yī)學(xué)博士 Moritz Helmstaedter 問道。

通過(guò)分析老鼠、猴子和人類的連接組，研究小組發(fā)現(xiàn)人類的皮層網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)進(jìn)化出一種新的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)類型，這種類型在老鼠身上基本上是不存在的。

研究人員使用來(lái)自神經(jīng)外科干預(yù)的活組織檢查，應(yīng)用 3D 電子顯微鏡來(lái)繪制人腦樣本中大約一百萬(wàn)個(gè)突觸的圖。  他們的數(shù)據(jù)顯示，在人類中，中間神經(jīng)元（在人類中豐富）相互連接的意外偏差，而對(duì)主要神經(jīng)元的神經(jīng)支配基本保持相似。

更具體地說(shuō)，他們發(fā)現(xiàn)，與小鼠相比，人類中間神經(jīng)元增加了 2.5 倍，這被軸突連接概率的變化所補(bǔ)償。  因此，作者寫道，它“沒有使人類錐體細(xì)胞的抑制性與興奮性突觸輸入平衡產(chǎn)生相應(yīng)的增加。”

相反，他們繼續(xù)說(shuō)，“增加的抑制創(chuàng)建了一個(gè)擴(kuò)展的中間神經(jīng)元到中間神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，這是由中間神經(jīng)元靶向中間神經(jīng)元類型的擴(kuò)展和它們對(duì)中間神經(jīng)元神經(jīng)支配的突觸選擇性增加所驅(qū)動(dòng)的。”

中間神經(jīng)元約占皮層神經(jīng)細(xì)胞的四分之一到三分之一，它們的行為方式非常奇特：它們非常活躍，然而，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)人或博物館的看守一樣：他們非常費(fèi)力且消耗大量精力的活動(dòng)是讓他人保持平靜、安靜?，F(xiàn)在想象一個(gè)房間里擠滿了博物館的警衛(wèi)，所有人都互相保持沉默。  這就是人腦的發(fā)展！

理論研究表明，這種消音器網(wǎng)絡(luò)可以延長(zhǎng)最近事件在神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中的保存時(shí)間：擴(kuò)展工作記憶，事實(shí)上，很可能更長(zhǎng)的工作記憶會(huì)幫助你處理更復(fù)雜的任務(wù)，擴(kuò)展你的推理能力。

這一新發(fā)現(xiàn)表明人類首次明確的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新值得深入研究，它也可能是病理變化的部位，必須在神經(jīng)精神疾病的背景下進(jìn)行研究。  最后但同樣重要的是：今天的主要人工智能方法都沒有使用這種中間神經(jīng)元到中間神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)。