2021年11月10日，美国麻省理工学院Mark T. Harnett小组在nature期刊上发表名为“Allometric rules for mammalian cortical layer 5 neuron biophysics”的文章，该研究发现，与其他哺乳动物的神经元相比，人类神经元中的离子通道数量比预期要少的多。

哺乳动物大脑中的神经元可以接收来自其他细胞的电信号，这种信号决定了后续神经元是否产生动作电位这一电脉冲。神经元之间的交流主要通过电脉冲进行，电脉冲是由控制钾离子和钠离子等离子流动的离子通道产生的。在此项研究中，对10种哺乳动物的第5层椎体神经元进行了研究，包括鼩鼱、沙鼠、小鼠、大鼠、豚鼠、雪貂、兔子、狨猴、猕猴和人，研究发现，第5锥体神经元上的两种类型的离子通道：电压门控钾离子通道和HCN通道，在除人以外的其他9种哺乳动物中均遵循一个规则：随着神经元大小的增加，神经元中的离子通道密度也会增加（图1和图2）。但在人的神经元中的离子通道密度比预期低的多。实验中为排除疾病状态对人类大脑样本的潜在影响，还比较了海马硬化、肿瘤和神经胶质增生的患者，发现与正常人实验数据无显著差异。

图1. 跨物种高度可变的神经元大小和输入输出特性

图2. 皮质层的组织学鉴定

离子通道的数量决定了泵送离子进出细胞所需的能量的多少，离子通道数量越多，泵送离子进出细胞所需的能量也就越多，但本研究发现，在考虑神经元体积的情况下，除人以外的9个物种中，不同物种之间单位体积内的离子通道密度守恒，然而在人中明显不遵循这一规则。基于这一发现，研究人员假设人类大脑中离子通道密度的降低可能是一种已经进化的、在泵送离子上消耗较少能量的方式，有助于大脑更有效的运作，从而使能量能够被用于执行其他的复杂认知活动，如在神经元之间建立更复杂的突触连接。

总的来说，本研究发现除人以外的9种哺乳动物其离子通道密度随着神经元的大小增加而逐渐增加，但不同物种的神经元的单位体积内离子通道密度相同；与实验中的其他物种不同，人类皮层第5神经元表现出独特的电生理特性。

参考文献：Beaulieu-Laroche L, Brown NJ, Hansen M, et al. Allometric rules for mammalian cortical layer 5 neuron biophysics. Nature. 2021 Nov 10. doi: 10.1038/s41586-021-04072-3. Epub ahead of print. PMID: 34759318.

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撰文：彭雪杰

编辑：刘振兴

审核：张贤钦