人脑PK猴脑:人类为何智商更高,且易患精神疾病?

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  科研人员认为相似不寻常的研究有益于将精神疾病动物模型的研究结果转化用于临床。

  接受特定治疗的癫痫患者通常也是神经科学的研究对象。

  该研究使用的人类数据十分罕有,来自一批通过神经外科手术鉴定癫痫发源的患者,数据记录了一点人大脑深处的单个神经元活动。原应这项技术极具难度,目前全球不到少数几家诊所有能力实现。动物数据除了三只猴子的现有相似数据之外,还分发了另外两只猴子的神经元信息。

  人类PK猴子

  几十年来,神经科学家早已发现人类不是人灵长类动物的大脑在解剖学上地处诸多大大小小的差异——即大脑的“硬件”差异。但这项最新研究主要探索了大脑信号的差异。

  来自麻省理工学院的Mark Harnett主要研究神经元的生物物理形态会怎么能不能影响神经计算,你说:“人类不是人类灵长类在行为和阳理上具有明显差异”, “如今,一点人在大脑的生物形态中也发现了一点差异——这是一项极有意义的研究。”

  该研究由以色列魏兹曼科学研究所的Rony Paz和加州大学洛杉矶分校的神经外科医生Itzhak Fried媒体战略合作完成。Paz主要研究猕猴的神经回路在学习时地处的动态变化。

  Paz的研究主要集中在另一个截然不同的脑区。另一个是杏仁核,另一个进化学上相对原始的区域,与基本生存技能有关,譬如在老虎靠近时逃跑;以前是进化程度相对更高的扣带回皮质,主要负责除理学习等繁杂认知行为。

  Paz想知道在猴子和人类的大脑中,三种个区域的神经元有何差异。为此他向Fried寻求媒体战略合作,Fried首创了在药物治疗无效的癫痫患者身上进行单个神经元记录的技术。

  一点技术通过在患者脑内植入多个精细电极记录神经元电活动,从而精选则位癫痫的发病来源。哪些患者会留院观察,直到癫痫发作。之后,一点人会接受外科手术去除电极和癫痫的真正源头——受到破坏的脑组织。在守候癫痫发作期间,患者也会参与一点简单的脑功能相关实验。

  灵长类模式

  Paz和Fried从另一个大型数据库中筛选出杏仁核和扣带回区域的单个神经元活动记录。哪些数据来自一批记忆试验的参与患者,一点人在治疗中会将电极植入三种个区域附过。Paz和Fried将哪些人类数据与Paz的猴子数据从稳健性和下行速率 两方面进行了比较。

  研究数据集合了5只猴子、7当事人类的杏仁核和扣带回区域的近780个神经元信息,包括单个神经元在数小时内的一连串放电活动或沉默。研究人员在数据中主要寻找两大形态:“稳健性”用来评价神经元放电以及相似放电模式频繁重复的同步或近同步程度;而“下行速率 ”特指神经元活动带有更多不同模式的组合。

  一点人发现,人类与猴子杏仁核的神经元信号稳健性都比扣带回区域强,但扣带回区域的信号下行速率 更高。与猴脑相比,人脑另一个区域的稳健性较差但下行速率 更高——可见人脑牺牲了一主次稳健性,换取了高下行速率 。

  Paz认为一点结论很有道理。信号的稳健性越强,就越清晰,越不容易出错。“原应我看了一只老虎,就是我所有的杏仁核神经元大喊‘快跑!’” Paz说,但在更高级的物种如灵长类动物中,大脑进化出了更灵活的区域,也就是我表皮,能让大脑在经过思考后对环境作出反应。

  下行速率 越高,精神问提很难多?

  人类在这方面的选则超过一点任何灵长类。聪明但易出错的皮质或许能不到解释人类为甚会么会会易患精神疾病。

  加州大学伯克利分校的认知神经科学家Robert Knight认为一点结论与神经心理学的一点理论相符,现有理论认为大脑神经元活动的同步性原应与精神病或抑郁症有关。你说:“这方面的研究非常重要,原应大多数神经科学研究总要动物身上开展,并假设所有物种的神经活动核心模式是一致的,包括人类在内。”

  英国纽卡斯尔大学的神经科学家Christopher Petkov认为一点稳健-下行速率 权衡假说非常重要,需进一步加以验证。他指出,直接比较猴子与人类的数据极具挑战性,原应研究人员很难选则分发数据时两者不是地处三种可比的精神情况,但一点比较“极有价值”。

  Paz表示他目前开展的研究拉长了记录时间,以前一来,任何精神情况的差异原应不想构成影响。他也在构思新的实验计划,在猴子和人类执行相似任务时分发一点人在特定精神情况下的神经元数据,譬如焦虑。

  对人类大脑的研究非常困难,原应全球符合入组要求的人数三种多。在癫痫患者中,外科医生通常只会将电极装进一点人认为原应的致病脑区附过,但哪些区域三种是研究的目标区域。Fried表示,他的诊所每年不到10-15名患者要能参与研究,而大多数符合条件的患者都非常乐于参加,原应“等在医院很无聊,之后一点人也想更多地了解当事人的大脑”。

  美国国立卫生研究院设有专项资金支持相似神经外科研究,以及在患者健康三种然受损的情况下进行人脑实验伦理研究。德国弗莱堡大学的癫痫学专家Andreas Schulze-Bonhage主要研究癫痫不是会影响患者的认知功能,他表示,对癫痫患者的单个神经元记录还有益于了解癫痫一点疾病,“一点人对人脑了解得很难多,治疗选则也就很难多。”