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耶鲁大学新闻

物种间微小但明显的差异标志着人类大脑的进化

人类和其他灵长类动物之间最显著的差异可以在大脑中发现,大脑是赋予我们物种身份的主要器官。

然而,耶鲁大学领导的一项新研究发现,人类大脑的所有区域都具有与我们的灵长类亲戚非常相似的分子特征,然而,一些区域含有明显的人类基因活动模式,这些基因活动标志着大脑的进化,可能有助于我们的认知能力。

11月23日发表在《科学》(Science)杂志上的对人类、黑猩猩和猴子组织的大规模分析表明,人类的大脑不仅是灵长类祖先大脑的一个更大的版本,而且充满了明显和惊人的差异。

“我们的大脑比黑猩猩或猴子大三倍,拥有更多的细胞,因此处理能力也比黑猩猩或猴子更强,”神经科学家内纳德·塞斯坦(Nenad Sestan)实验室的博士后研究员安德烈·m·m·苏萨(Andre M.M. Sousa)说。“然而,在个体细胞的功能和连接方式上,物种之间也存在着明显的细微差异。”

Neurons expressing dopamine-producing enzymes are found in human neocortex.表达多巴胺产生酶的神经元存在于人类的新皮质中,但不存在于黑猩猩或大猩猩的同一脑区。

尽管大脑大小不同,研究人员发现灵长类物种在大脑16个区域的基因表达有惊人的相似之处,甚至在前额叶皮层也是如此。然而,研究表明,大脑中有一个区域的人类特异性基因表达最多,那就是纹状体,这是一个最常与运动相关的区域。

在大脑区域内也发现了明显的差异,甚至在小脑内也发现了明显的差异。小脑是大脑进化中最古老的区域之一,因此,在不同物种之间,它最有可能具有相似性。研究人员发现,一种名为ZP2的基因只在人类小脑中活跃。研究人员表示,这令人惊讶,因为同样的基因与人类卵子对精子的选择有关。

“我们不知道它在那里做什么,”Sestan实验室的博士后研究员、论文的联合第一作者朱颖(音)说。

朱和苏萨还研究了一种名为TH的基因,这种基因与多巴胺的产生有关。多巴胺是一种神经递质,对帕金森病患者的高阶功能至关重要,但这种递质已被耗尽。他们发现,TH在人类的新皮质和纹状体中有很高的表达,但在黑猩猩的新皮质中却没有。

“这个基因的新皮质表达很可能在一个共同的祖先中丢失,然后在人类谱系中重新出现,”苏萨说。

研究人员还发现,与其他灵长类动物相比,人类前额皮质中MET基因的表达水平更高。MET基因与自闭症谱系障碍有关。

Sestan是神经科学、比较医学、遗传学和精神病学的教授,也是Kavli神经科学研究所的研究员,是这篇论文的高级作者。

这项研究主要由美国国家心理健康研究所资助。