Nature子刊：人类神经元的独特特性

科学家们利用珍贵而稀有的活体人类皮层组织来鉴定使人类神经元具有独特功能的重要特征。这项实验工作是第一次在活体人类神经元上进行，也是迄今为止对人类皮质锥体细胞多样性的最大研究之一。

　　

Krembil大脑研究所的科学家，大学健康网络（UHN）的一部分，与成瘾和心理健康中心（CAMH）的同事合作，利用珍贵而罕见的活体人类皮质组织来鉴定使人类神经元具有独特功能的重要特征。

这项实验工作是首次在活体人类神经元上进行，也是迄今为止对人类皮质锥体细胞多样性进行的最大规模研究之一。

“这项研究的目标是为了理解是什么让人类大脑细胞成为“人类”，以及人类神经元回路是如何运作的，“神经外科医生Taufik Valiante博士说，他是UHN Krembil大脑研究所的科学家，也是这篇论文的共同高级作者。

“不同于大脑皮层的上层和底层，我们想了解这些神经元的电特性如何支持跨层通讯的不同方面和脑节律的产生，而脑节律在癫痫等脑部疾病中被破坏，研究小组在常规手术中从癫痫和肿瘤患者的大脑中取出脑组织后，立即使用脑组织。利用最先进的技术，研究小组随后能够描述这种组织切片中单个细胞的特性，包括其详细形态的可视化。”

“由于获得活体人脑组织的罕见性，对活体成人神经元的形状和电特性知之甚少，因为除了癫痫手术之外，几乎没有机会获得这样的记录，” Valiante博士说，

为了保持切除组织的存活，在手术室中，它被立即转移到改良的脑脊液中，然后被直接带到实验室，在那里它被准备用于实验表征。

研究人体组织是罕见的，因为获取人体组织进行科学研究需要一个紧密的多学科团体，包括愿意参与研究的患者、确保患者权利和安全的伦理学家、收集和运送样本的神经外科医生，以及拥有研究这些组织所需研究设施的神经学家。

初步分析后，Krembil神经信息学中心的成员们利用进一步的大规模数据分析来确定这个群体中神经元之间的区别。然后将这些特性与其他研究中心对人脑组织样本进行类似研究的结果进行了比较，包括西雅图艾伦脑科学研究所（Allen Institute for brain Sciences）。

研究小组在研究结果中指出：

研究小组还发现，他们的研究结果与临床前模型中的类似实验之间存在显著和意想不到的差异，Tripathy博士认为，这很可能反映了人类新皮质在哺乳动物和灵长类进化过程中的大规模扩张。

“这些结果展示了人类皮质锥体神经元的显著多样性，类似分类的人类和临床前神经元之间的差异，“这是一个关于深层神经元驱动的大脑皮层θ节律产生的合理假设，”Valiante博士实验室的科学助理、该研究的主要作者Homeira Moradi Chameh博士说。

总而言之，该团队能够描述61名患者的200多个神经元，反映了迄今为止最大的同类数据集，囊括了UHN和Krembil Brain Institute近十年的辛勤工作。

“这一独特的数据集将使我们能够建立清晰人脑的计算模型，这将对清晰人类神经病变的研究非常宝贵“。

”例如，驱动这些神经元中许多独特特征的细胞特性在某些类型的癫痫中被改变。通过在计算模型中实现这些特性，我们可以研究这些改变如何影响与癫痫相关的人脑不同空间尺度的动力学，并促进将这些“基础科学”发现转化回临床，并有可能转化为癫痫研究新途径的动机。这项努力之所以可能，是因为乌恩大学克伦比尔大脑研究所（Krembil Brain Institute）有一个非常庞大和活跃的癫痫项目，这是世界上同类项目中最大的一个，也是加拿大同类项目中最大的一个。“

Journal Reference:

1. Homeira Moradi Chameh, Scott Rich, Lihua Wang, Fu-Der Chen, Liang Zhang, Peter L. Carlen, Shreejoy J. Tripathy, Taufik A. Valiante. Diversity amongst human cortical pyramidal neurons revealed via their sag currents and frequency preferences. Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-021-22741-9