Hugo Future Imperfect Slim

PikaPei

Research Assistant in CCLo's Lab

Pei

Proposed Model

Dr. Taufik Valiante (論文通訊作者) 說:「此研究目的是為了揭露人類腦細胞為何能冠以『人類』之名,且探討神經迴路如何運作。」許多研究從大鼠、小鼠身上得到了大量知識,但和人類細胞相比終究存在差異,若想鑽研人的各種疾病、或建立電腦模型,能有最直接的資料再好不過。來自加拿大Krembil 腦科學研究所、Krembil 神經資訊中心、多倫多大學組成的研究團隊,以電生理方式紀錄從癲癇患者切除之腦片,結果展現了人類神經元豐富的多樣性,成果發表在 Nature Communications 期刊。

型態、特性大不同

從數十位患者切除後的腦片,約測量了兩百顆左右的神經元電生理資訊,主要有新皮質L2&3、L3c、L5三層的神經元。首先,從型態上來看,就算位於同一層之間,神經元的樣貌也各異其趣 (Fig. 1)。第二,測量閾值內、過閾值相關的電生理特性,發現到總體來說深層的神經元具有較高的可興奮性 (excitability),但就像同層之間的神經元型態有很大的差異,電生理特性也具有多樣性,尤又以L5高一些。第三,不同層的神經元,對於不同頻率的電流輸入有不同響應,可能和層與層之間神經元互相溝通、或對於腦波韻律 (brain rhythms) 有重要的關聯性。

Fig. 1. 神經元型態多樣性 (原論文 Fig. 1a)

Fig. 1. 神經元型態多樣性 (原論文 Fig. 1a)


結語

因為取得人腦活組織的機會相當稀少,這份研究成為人類神經元資料庫的重要一員,但僅200多顆神經元,就呈現了龐大的多樣性。且看當今熱門的人工神經網路,每一顆神經特性都相同,只改變連結方式、權重大小,展現的功能就讓人們嘖嘖稱奇,人腦如何透過860億顆神經元多樣的性質、複雜的連結模式,不斷學習、保留記憶、產生意識,其中精巧之處更是令人著迷與讚嘆。

原始論文:

Chameh, H. M. et al. Diversity amongst human cortical pyramidal neurons revealed via their sag currents and frequency preferences. Nat. Commun. 12, 2497 (2021) doi:10.1038/s41467-021-22741-9.

參考文章:

  1. Researchers Identify Unique Characteristics of Human Neurons

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