科学家们已经建造了一个人工的人类脑细胞

雷竞技rebat细胞神经科学前沿:迄今为止最先进的人类神经元数字复制品揭示了人类大脑是独一无二的——从它们的构造模块都是如此。

该模型表明,人类神经元在整合、处理和存储信息方面的能力从根本上来说更加强大。

迄今为止最先进的人类神经元数字复制品揭示了人类大脑是独一无二的——从它们的构造模块来看都是如此。

——马修·普赖尔,前沿科学作家雷竞技rebat

最逼真的模拟人类大脑迄今为止,细胞为我们独特的智力能力提供了新的见解。发表在雷竞技rebat细胞神经科学前沿该模型是第一个将“金字塔”神经元(哺乳动物大脑的主要电路构建者)的精细结构和功能特征与我们褶皱的最高桂冠——人类新皮层整合在一起的模型。这些数字神经元揭示了人类和啮齿类动物大脑的根本区别,这有助于解释我们增强的思维能力和内存权力。

人类的大脑组织在研究中是很难得到的,所以大多数神经系统科学家研究老鼠的大脑。

尽管我们已经对哺乳动物的大脑如何在细胞和回路层面上运作有了大量的了解,但啮齿动物本身——或任何其他物种——都无法满足我们对自我理解的追求,也无法理解是什么让我们成为人类。尤其是在新大脑皮层方面。


人类皮质锥体神经元:通过模型从棘到尖刺
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人类大脑的高级认知能力通常被归因于这种最近进化的结构:其标志性的折叠表面。人类大脑和啮齿动物大脑的对比表明,人类大脑新皮层的神经细胞多出1000倍,每个细胞的神经元连接也多,厚度达50%,其主要的计算构造块或“微芯片”——锥体神经元——也更大。这纯粹是大小的问题,还是我们的神经元在其他方面也有不同?

“为了真正理解我们自己的大脑是如何工作的,以及‘是什么让我们成为人’,有必要在细胞的细微层次上研究人类大脑,以及它们与其他细胞的连接——突触”艾丹•戈夫教授以色列耶路撒冷希伯来大学的研究人员。“但由于道德和技术方面的限制,这非常具有挑战性。”

现在,多亏了一小部分人类脑组织捐赠者的慷慨和塞格夫多学科合作团队的聪明才智,一个新的解决方案正在形成——一次一个神经元。

“为了克服这些限制,我们建立了人类新皮层锥体细胞的现实可行的3D计算机模型,并确定了它们的独特之处。

通过赋予这些虚拟细胞以在新鲜的外科活组织检查和固定的死后组织中观察到的真实人类神经元的详细特征,研究人员能够填补这些罕见的实验数据留下的空白。

塞格夫解释说:“之前的实验工作已经确定了人类和啮齿动物锥体神经元在解剖学和生理学上的一些差异。”

例如,树突——神经元接收其他神经细胞输入的部分——在人类中分支更强烈,每个细胞接收约3万个突触,而啮齿动物的神经元接收约1万个突触。与啮齿动物相比,人类锥体神经元的比电容也低得多,这意味着它们更容易产生电信号,传输速度更快、效率更高。

“我们新的人类皮层锥体神经元的详细数字模型是有史以来第一个整合了这些不同的解剖和生理特征的模型,使我们能够识别人类神经元的几个新特性,并使用先进的计算工具分析它们的功能含义。

这些计算机模型揭示的新特性有助于解释人类锥体神经元如何有效地处理它们的大量突触输入,与啮齿动物的神经元相比,它们的膜电容更低,突触输入更强大。

“人类皮质细胞具有独特的膜特性,具有更有效的兴奋性突触,以补偿其高度分枝和细长的树突树,以及强大的局部树突非线性;这些特性一起提高了它们的计算能力。”

换句话说,当一个树突同时接收到多个信号时,它不是简单地将这些信号加在一起发送到细胞体,而是增加了另一个计算步骤,使神经元内的信号整合。


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“这表明,人类神经元不仅仅是各自啮齿类动物神经元的延伸版本,它们在整合、处理和存储信息方面的能力从根本上更加强大。”

该模型产生的一个关键预测是,人类锥体神经元的信息存储能力(或记忆能力)几乎是大鼠的四倍。这是因为人类细胞不仅拥有比啮齿类动物细胞多三倍的突触,而且还能同时支持近两倍数量的独立“局部树突刺”——这是一种电压信号,使突触输入能从树突传递到细胞体。人类树突中的多位点局部信号处理也有助于解释这些细胞增强的计算能力。

塞格夫警告说:“我们的模型仍然是基于大量的假设——我们需要更多的数据来完全模拟人类神经元和它们形成的皮质回路。”“最终,如果我们想了解是什么使我们成为人类,我们将需要建立一个详细的整个人类大脑模型,包括它的不同神经元类型。”

该研究为未来理解人类神经元的努力提供了基准参考,这可能有助于改善脑部疾病的治疗。该模型还可以帮助研究人员开发大脑启发的学习机器和开发人工智能。

“人类大脑是一项具有独特能力的先进技术,”塞格夫说。“在接下来的十年里,我们将看到世界范围内越来越多的人在局部电路水平上了解人类大脑。我们现在开始了解细胞层面的细节,了解我们与其他物种的区别,并探索如何将这种了解应用于开发人类特有的大脑药物和人类大脑启发技术。这对大脑研究人员和整个人类来说都是非常激动人心的时刻!”


原文:人类皮质锥体神经元:通过模型从棘到尖刺

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科学家已经建造了一个人造的人类脑细胞

  1. 我对这个领域的研究非常感兴趣。请随时通知我。

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  2. 每个人的大脑在内容上都是独一无二的!类似于计算机!

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  3. 谢谢你的这些精彩的文章

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  8. 罗杰·杜布瓦/ /2019年10月15日上午5:07//回复

    每个人都是独一无二的,除了我!

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