人类神经细胞独特的电特性赋予认知优势

人类大脑的高级认知能力通常归因于我们最近进化的新皮层。人类和啮齿动物大脑的比较表明，与啮齿动物相比，人类大脑皮层更厚，含有更多的白质，有更大的神经元，其丰富的锥体细胞(以前称为“精神”神经元)每个细胞有更多的突触连接。

然而，科学家们还没有确定在人类大脑皮层的基本组成部分——锥体神经元——的生物物理水平上是否存在重要差异。这些细胞是否具有独特的生物物理特性，可能会影响皮层计算?

为了回答这个问题，由耶路撒冷希伯来大学的伊丹·塞格夫教授领导的理论团队，与阿姆斯特丹自由大学和马德里卡哈尔研究所的实验同事合作，从人类颞叶新皮层构建了详细的锥体细胞三维模型。这些首次详细的人类神经元模型是基于体外细胞内生理和解剖数据的人类细胞。

(为了收集这些数据，我们从阿姆斯特丹神经外科的脑部手术中获得了新鲜的皮层组织，并从阿姆斯特丹的光学显微镜研究中获得了额外的数据锥体细胞来自马德里卡哈尔研究所(Cajal Institute)的尸检。)

理论研究预测，来自人类颞皮层的2/3层锥体神经元将具有特定的膜电容，该电容是生物膜普遍接受的“通用”值的一半(~0.5 μ F/cm2 vs. ~1 μ F/cm2)。由于膜电容影响细胞对突触输入的反应速度，这一发现对细胞内和细胞间的信号传递具有重要意义。关于特定膜电容的理论预测，然后通过直接测量人类锥体神经元的膜电容进行实验验证。

“这是人类神经元独特电特性的第一个直接证据，”研究人员Guy Eyal说，他是希伯来大学神经生物学系的博士生。“我们的发现表明，与啮齿动物相比，低膜电容显著提高了人类新皮层皮层神经元内部和之间的信号处理效率和通信速度。”

“这项工作的结果表明，人类的皮层神经元是高效的电子微芯片，可以弥补人类更大的大脑和更大的细胞，并更有效地处理感官信息，”希伯来大学神经生物学系和爱德蒙和莉莉·萨弗拉脑科学中心的伊丹·塞格夫教授说。“事实上，这项研究已经表明，在神经系统的各个组成部分(神经)的水平上细胞)，与啮齿类动物相比，人类是不同的。应该在非人类灵长类动物身上进行更多这方面的研究。”

研究人员提出了人类独特的生物物理膜特性锥体神经元是进化压力的结果，以弥补人类大脑体积和距离的增加。