人與猴的大腦差異首次曝光，人腦竟會為了效率犧牲穩定性！
人與猴類在基因組組成上的相似度接近 98%，而人與黑猩猩的基因相似度則高達 98.7%，但為什么這些猴類沒有進化當作像人類如許如斯之高的智商，進而在地球上據有絕對地位呢？這一問題一向困擾著列國神經范疇及進化研究范疇的研究者。
幾十年來，神經科學家經由過程對人類和其他靈長類動物的年夜腦進行剖解，發現兩者間存在很多細微而主要的“硬件”差別，但這些差別不足以看成人類智商遠高于其他靈長類動物的啟事。
而此刻，來自以色列雷霍沃特魏茲曼科學研究所的 Rony Paz 傳授的最新研究，對這個困擾研究人員好久的問題給出了更好的詮釋：內涵“軟件”構成卻千差萬別，這導致了人類與猴類智商上的龐大差別。
（來歷：Cell）
團隊經由過程研究單神經元，可以闡發出這些“軟件”差別事實是什么，該研究成果頒發于 1 月 17 日的Cell雜志。這項研究操縱了來自癲癇病人年夜腦深處的單個神經元的一組罕有數據，該數據采集于接管神經外科手術的癲癇病人，其意義不僅僅限于領會人類與靈長類腦部進化的分歧，更對熟悉人類精力類等腦部疾病的病理心理學機制具有主要意義。研究人員猜測，這些成果可能還有助于詮釋人類怪異的智力是若何發生的。
科學家認為，這種不平常的研究可以幫忙他們更好地將從動物模子獲得有關精力疾病的研究當作果轉化為臨床應用。
麻省理工學院神經元生物物理學偏向的 Mark Harnett 傳授暗示，“人類與非人類靈長類動物在行為和心理上存在較著差別，此刻我們看到了兩種物鐘年夜腦內十分獨特的‘軟性’差別。是以，這是一項很是有價值的研究”。
人腦居然會為了效率犧牲不變性！
該研究是來自以色列雷霍沃特魏茲曼科學研究所的Rony Paz和加州年夜學洛杉磯分校（ UCLA ）的神經外科大夫Itzhak Fried合作進行。
圖丨 Rony Paz（來歷：雷霍沃特魏茲曼科學研究所）
此中，Paz 本家兒要研究獼猴進修過程中神經回路動力學，集中在兩個判然不同的年夜腦區域：杏仁核和扣帶皮層。杏仁核是一個進化上較為原始的區域，掌管根基保存技術。而扣帶皮層則是進化較晚的年夜腦區域，它本家兒要處置更復雜的認知行為。
這項研究的關頭在于一組十分可貴的嘗試數據，這些數據來自那些正在接管神經外科手術的癲癇患者。這些癲癇患者進行了一種治療，在他們的年夜腦中植入一系列邃密電極，并記實電極勾當，從而確定其癲癇爆發的發源。患者住院至癲癇爆發，然后大夫進行手術去除電極和受損的腦組織，也就是去除癲癇勾當的來歷。在期待癲癇爆發時代，患者凡是會介入摸索腦功能的簡單嘗試。
圖丨 Itzhak Fried（來歷：UCLA）
而在此次的嘗試初始，Paz 傳授想領會猴腦中這些區域的神經元與人類事實有哪些分歧。于是，他結合 Fried 傳授開啟了他們的研究。Fried 傳授先前開創了對癲癇患者利用單神經元記實手藝，是以團隊可以實現初次利用跟蹤單個神經元的手藝闡發出人類和猴腦的“軟性”差別。
Paz 和 Fried 從年夜腦區域四周植入電極并介入記憶研究的癲癇病人中采集了年夜量數據，并從這些數據中找出了杏仁體和扣帶回皮質的單神經元數據。
他們比力了這些神經元與山公神經元勾當的兩個特征：穩健性和效率。
這些數據來自五只山公和七小我的兩個年夜腦區域近 750 個神經元。它們由單個神經元在數小時內記實下來的連續串放電峰值或低谷構成。
研究人員對這些集中在癲癇患者年夜腦深處的單個神經元勾當進行了分類和闡發，進而明白人腦在處置信息時的“穩健性”轉變。
圖丨人腦和猴腦穩健性與效率的對比（來歷：A Tradeoff in the Neural Code across Regions and Species）
他們發現，在這兩個物種中，杏仁核中的旌旗燈號比扣帶皮層中的旌旗燈號更強。但扣帶皮層旌旗燈號強的年夜腦更有用率。人類的兩個區域都比山公中的區域更不穩健但卻更有用。
這個成果出乎他們的預料，因為這申明人類犧牲了一些年夜腦穩健性來提高其效率。是以，這些成果可有助于研究人員詮釋人類怪異的智力，以及為何人類會患有精力疾病的內涵機制。
圖丨信息處置時神經元所動用的運算潛力對比（來歷：A Tradeoff in the Neural Code across Regions and Species）
副感化來了
人類比其他靈長類動物更會進行好處的衡量棄取，但因為人腦需要更高的效率，是以它也丟棄必然“穩健性”。是以，人腦的皮質更輕易犯錯，這也詮釋了為何人類更輕易罹患精力疾病。這些成果與神盡心理學中的其他理論發生共識。
加州年夜學伯克利分校的認知神經學家 Robert Knight 說，這印證了神盡心理學的其他理論。神盡心理學認為，年夜腦中神經元勾當的同步可能與精力病或抑郁癥有關。
Knight 說:“這類研究很是主要，因為年夜大都神經科學研究都是在動物身長進行的，假設神經勾當的焦點模式是跨物種的，那么對人類也是如斯。”
圖丨猴腦與人腦穩健性和信息處置效率的異同（來歷：A Tradeoff in the Neural Code across Regions and Species）
英國紐卡斯爾年夜學的神經學家 Christopher Petkov 說，研究人員的穩健性-效率均衡假說是一個主要的假說，需要在進一步的研究中加以摸索。
他指出，直接比力山公和人類的神經元數據具有挑戰性，因為很難知道這兩個物種在收集數據時是否處于近似的精力狀況。但這種比力“很是有價值”。
Paz 說， 他今朝的研究中的長時候記實可能忽略了年夜腦狀況的差別,他今朝打算的新研究將從山公和人類執行近似使命時收集神經元數據，從而可以跟蹤一個特心猿意馬的年夜腦狀況，好比焦炙。
因為全球只有少數人有資格介入近似研究，是以人類年夜腦研究具有挑戰性。在癲癇患者中，外科大夫只將電極放在接近他們認為癲癇爆發地址的年夜腦區域，而這些區域可能對研究問題不太有意義。
Fried 說，每年，他的診所只有 10-15 名患者加入研究。但 Fried 指出，年夜大都合適前提的患者都熱衷于介入研究，因為“在病院期待很無聊，他們很有樂趣領會本身的年夜腦”。
美國國立衛生研究院為這些神經外科研究供給了資金撐持，而且還撐持了在患者健康和福利有保障的同時，對人腦內部嘗試的倫理學研究。
并且，癲癇患者單神經元記實的成果對于幫忙科學家領會醫學狀況自己也很主要，德國弗萊堡年夜學的癲癇學家 Andreas Schulze-Bonhage 負責研究癲癇患者的認知可否受到影響，他說，“我們對人腦的領會越多，對癲癇治療的選擇就越多。”
- 發表于 2019-02-08 23:28
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