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人类神经细胞的独特电学特性与众不同

导读 人脑先进的认知能力通常归因于我们最近进化的新皮层。人与啮齿动物大脑的比较表明,与啮齿动物相比,人的皮质更厚,包含更多的白质,具有更...

人脑先进的认知能力通常归因于我们最近进化的新皮层。人与啮齿动物大脑的比较表明,与啮齿动物相比,人的皮质更厚,包含更多的白质,具有更大的神经元,并且其丰富的锥体细胞(以前称为“精神”神经元)每个细胞具有更多的突触连接。

但是,科学家尚未确定在人类新大脑皮层,锥体神经元的基本组成部分的生物物理水平上是否存在重要差异。这些细胞是否具有可能影响皮层计算的独特生物物理特性?

为了回答这个问题,由耶路撒冷希伯来大学的Idan Segev教授领导的理论小组与阿姆斯特丹Vrije Universiteit大学和马德里Cajal研究所的实验同事合作,从人类颞新皮层构建了锥体细胞的详细3D模型。这些人类神经元的第一个详细模型基于人类细胞的体外细胞内生理和解剖学数据。

为了收集这些数据,新鲜的皮质组织是从阿姆斯特丹神经外科部门的脑部手术中获得的,其他数据是从马德里卡哈尔研究所的验尸研究中对锥体细胞的光学显微镜研究中获得的。

理论研究预测,来自人类颞皮质的第2/3层锥体神经元将具有比膜电容,该电容是生物膜普遍接受的“通用”值的一半(〜0.5μF/ cm2与〜1μF/ cm2) 。由于膜电容会影响细胞对突触输入的响应速度,因此这一发现对于细胞内和细胞间的信号传输具有重要意义。然后通过直接测量人的锥体神经元中的膜电容,通过实验验证了有关比膜电容的理论预测。

希伯来大学神经生物学系的博士生Guy Eyal说:“这是人类神经元独特电特性的第一个直接证据。”“我们的发现表明,与啮齿动物相比,低膜电容可显着提高信号处理的效率以及人类新皮层中皮质神经元内部和之间的通讯速度。”

“这项工作的结果表明,人类皮层神经元是有效的电子微芯片,可以补偿人类较大的大脑和大细胞,并且可以更有效地处理感官信息,”神经生物学系和爱德蒙·莉莉研究部的伊丹·塞格夫教授说。希伯来大学Safra脑科学中心。“确实,这项研究表明,与啮齿动物相比,人类已经在神经系统(神经细胞)的各个组成部分水平上与众不同。应该在这个方向上对非人类灵长类动物进行更多的研究。”

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