新发现哺乳动物大脑具一致性 与人脑明显不同

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【大纪元2021年12月02日讯】(大纪元记者康怡儿编译报导)麻省理工学院(MIT)的神经学家新发现人脑和动物大脑之间一项奇特的差异,目前还不能了解这项差异的全部原因,不过研究者猜测这使得人脑对能量的使用效率更高。

科学家知道生物大脑内的神经元之间通过离子通道控制像钾离子、钠离子的流动,并以电流脉冲的方式传递信息。2018年,麻省理工学院大脑和认知科学副教授哈内特(Mark Harnett)和同事发现,人类大脑内离子通道的密度竟然比鼠脑小。

他们觉得很奇怪,于是着手进行这项研究。他们找来九种哺乳动物的大脑,包括伊特鲁里亚鼩(Etruscan shrew,已知最小的哺乳动物之一)、沙鼠、小鼠、大鼠、豚鼠、雪貂、兔子、狨猴和猕猴,和来自癫痫患者的人脑组织切片进行对比。

结果发现,所有这些哺乳动物脑组织内离子通道的密度都是一样的。这很奇特,因为不同哺乳动物的脑神经元细胞的大小并不相同。比如伊特鲁里亚鼩的脑神经元很小,而兔脑的神经元就大得多。但是尽管如此,所有他们实验检查过的脑组织,相同体积的脑组织内离子通道的密度都一样,也就是说单位体积脑组织内离子通道的数量都一样多。

可是,人类的大脑不符合这个规律:其离子通道密度比这些哺乳动物的小,也就是单位体积脑组织内离子通道的数量比上面提到的九种哺乳动物少。

哈内特对这项发现感到很意外,他说:“九种哺乳动物的大脑具有一致性:看起来单位体积脑组织内所分布的离子通道数量是一样的,所有的动物都一样。这意味着对于相同体积的脑皮层来说,能量消耗是一样的,至少对于用在离子通道方面的能量来说是这样。”

可是为什么人类的大脑不符合这个规律呢?人脑的神经元并不小,可是离子通道密度却比其它动物小。

研究者猜测这可能与能量的分配相关。比如人脑神经元之间有更复杂的突触连接,能量用到了这方面;也可能只需少量的通道,但是人脑传递信息的频率较高。

虽然现在科学家还没有明确的答案,但是哈内特相信人脑的这个特点一定具有优势。“人脑具有这个特点可能让精力更充沛,单位脑组织耗费的ATP(大脑能量代谢的主要供能物质)比动物少。”

这份研究11月10日发表于《自然》(Nature)期刊。◇

责任编辑:叶紫微

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