浙江
皮层神经元的形态特征如何在物种间演化与分化，是神经科学领域理解脑功能组织原则的核心问题之一，但由于高质量人类单神经元三维重建数据极为稀缺且跨物种脑区精准对应方法长期缺位，系统性的比较研究始终面临重重障碍。2026年7月14日，复旦大学彭汉川教授、北京天坛医院张力伟教授和东南大学刘丽娟团队在《自然·神经科学》发表了题为《跨物种小鼠与人类皮层神经元树突在对应脑区中的比较分析框架》的研究论文。该工作整合了2363个人类与16011个小鼠皮层神经元的树突三维重建数据，并建立了一套涵盖解剖标注、功能对应、转录组验证和概率性区域定位的跨物种比较流程，他们发现在控制神经元胞体尺寸之后，人类皮层神经元的局部分支频率显著高于小鼠且分支间隔更短，这种紧凑型树突架构无法用简单的线性尺寸放大来解释。
研究团队要做的第一件事是解决小鼠和人类脑区之间怎么对应的问题。小鼠的大脑皮层表面没有沟回结构，直接拿几何坐标去配准根本不现实，所以他们转而依靠神经解剖学家的标注和已知的功能分区来初步确定额叶、顶叶和颞叶里面的多个候选区域。定好这些候选区域之后，他们又去验证这些对应关系到底靠不靠谱，做法是把小鼠MERFISH空间转录组数据和人类单核RNA测序数据整合起来，用细胞类型组成的相似性来衡量两个物种不同脑区之间的遗传距离。计算结果显示，人脑顶上小叶（SPL）和小鼠后顶叶联合区（PTLp）在细胞类型上最像，人脑颞横回（TTG）和小鼠听觉区（AUD）也排在最前面，这给后续的形态比较打了一个比较扎实的地基。人类组织切片里树突被切掉一截是家常便饭，所以团队只分析胞体周围50微米以内的局部结构，同时用胞体直径做标尺把小鼠神经元缩放到和人同等的尺寸，这样就能把整体大小带来的干扰给剔除掉。
在这个归一化框架底下比较，人类皮层神经元的局部分支总数和总长度都比小鼠高出不少。看不同分支阶数的话，人类神经元的初级分支明显更多，低阶分支的长度分布和小鼠差不太多，可到了高阶分支，人类的分支长度就显著长于小鼠了，在次级运动区（MOs）和额上回（SFG）这对对应区域里差异尤其大。研究团队还做了分类分析，拿额叶和顶叶的神经元形态去训练分类器，结果人类组能达到接近70%的判别准确率，小鼠组只有60%上下。他们把每个形态特征在脑叶之间的差异大小算了一个归一化指标出来，额叶对顶叶的比较里面一共41个特征，其中37个的人类差异值比小鼠高。这个差异的根源在人和小鼠还不一样，人类的区分性主要来自树突在空间上的分布方式，小鼠则更多取决于分支拓扑的深度特征。他们还专门挑了层2/3的锥体神经元做聚类，额叶和顶叶的形态类型组成在人和小鼠之间差不多能对上，颞叶的情况就不太一样了，小鼠颞叶里某一类中间类型占了超过一半，人这边不是这样，说明颞叶的局部环路组织在演化过程中可能出现了分叉。
这些脑叶之间的区分性在别的数据模态里面也能不能看到，团队也顺手查了一下。他们拿基因表达谱、脑电/脑磁图信号、脑血流和氧代谢速率还有皮层厚度跟曲率这些几何参数分别算了算脑叶区分度，基因表达谱的区分度最高，神经元形态在额叶对颞叶这一对上和基因表达表现出了差不多的相对趋势。脑电和脑磁图信号在不同视觉任务底下的区分能力不太一样，跟任务状态有关系，代谢数据和几何参数能看出来的脑叶差别就比较有限了。他们还做了基因共表达网络分析，找到了几个只在人或者只在小鼠里面存在的基因模块，这些模块都富集在树突形态发生相关的通路上，EPHA4、SERPINE2、SLIT2和CUX2这几个代表基因在两个物种里面的表达模式和模块内连接强度都有差别。综合起来看，人脑皮层神经元形态在脑叶之间的分化并不是一个孤立现象，它在分子层面、生理层面和解剖层面都有或多或少的呼应，这套比较框架本身也可以直接拿去研究别的哺乳动物，看看皮层的组织原则在不同物种里到底哪些是保守的、哪些是各自演化出来的。
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