探寻羊膜动物大脑皮层感觉回路进化之谜：发育差异与功能趋同

为探究羊膜动物（amniotes）大脑皮层（pallium）感觉回路的进化关系，研究人员通过出生时间分析、单细胞 RNA 及空间转录组学和数学建模，对鸟类（鸡）、蜥蜴（壁虎）和哺乳动物（小鼠）的大脑皮层回路进行研究，发现其发育存在差异但功能相似，有助于理解羊膜动物大脑进化。

　　在生命之树中，不同生物的行为和认知存在巨大差异，但包括爬行动物、鸟类和哺乳动物在内的羊膜动物，其大脑结构甚至基因表达却有着惊人的相似性。有研究通过对鸡、壁虎和小鼠进行神经发生、转录和数学分析，研究大脑皮层（pallium）回路的发育形成过程。研究发现，不同物种形成大脑皮层回路三个节点的神经元，生成时间和大脑区域都有所不同。鸟类的背侧室嵴（DVR）回路和新皮质（neocortex）回路发育顺序不同，鸟类的上纹状体（hyperpallial）回路遵循未知的神经发生规则。壁虎则呈现出双重顺序，其背侧回路和哺乳动物新皮质类似，而腹侧回路和鸟类 DVR 类似。这表明羊膜动物大脑皮层感觉回路的发育程序存在多样性。在分子层面，单细胞 RNA 测序显示，同源大脑皮层区域且神经发生时间相同的等效细胞类型，有着不同的进化趋势。鸡和小鼠的谷氨酸能（glutamatergic）大脑皮层神经元成熟为不同的神经元类型，而释放 γ- 氨基丁酸（GABAergic）的大脑皮层神经元则高度保守，凸显了其在大脑皮层感觉回路中的重要作用。通过空间分辨转录组分析，能推断出鸡和小鼠大脑皮层早期神经元的位置和转录类型。分析显示，GABAergic 细胞的保守性更强，谷氨酸能神经元中只有鸡脑的中脑皮层神经元和哺乳动物深层外侧皮层神经元存在相似之处。大脑皮层放射状胶质细胞在不同物种间有相似性，但神经发生行为差异显著。哺乳动物新皮质中用于增加神经元数量的中间祖细胞（intermediate progenitor cells），在鸟类发育中的大脑皮层中没有明显同源物，鸡的大脑皮层中也未发现 Cajal-Retzius 细胞。数学建模表明，鸟类和哺乳动物感觉回路的组成部分受到相似的功能限制。总的来说，高阶感觉处理回路在不同脊椎动物类群中独立进化，最终形成功能相似的回路。发育规则、祖细胞和转录组谱的差异，支持羊膜动物大脑皮层回路的非同源性。GABAergic 神经元的高度保守，表明其在大脑皮层感觉回路中的关键作用，而谷氨酸能神经元的差异发育，则暗示了这类神经元进化的灵活性。很可能是趋同进化塑造了羊膜动物感觉回路组件的形成。