一项新的研究揭示了人类海马体的独特特征，这是一个对记忆存储和检索至关重要的大脑区域，挑战了其功能类似于放大版小鼠脑的假设。通过分析癫痫患者的活体脑组织，研究人员发现人类海马体CA3神经元具有稀疏但高度可靠的连接，优化了记忆存储和检索。
与啮齿动物的大脑不同，这些独特的连接模式使人类大脑能够更高效地编码关联记忆。这项研究强调了研究人类特有脑特征的重要性，以推进神经科学并改善记忆相关疾病的治疗。
关键事实：
- 稀疏连接： 人类海马体CA3区域的神经元比啮齿动物的神经元具有更稀疏但更可靠的突触连接。
- 记忆优化： 这种独特的连接模式增强了存储容量和关联记忆的检索。
- 以人类为中心的研究： 直接检查活体人类脑组织突显了与动物模型的关键差异，重塑了我们对脑功能的理解。
来源： ISTA
尽管动物模型在塑造我们对哺乳动物大脑的理解中起着重要作用，但稀缺的人类数据正在揭示重要的特异性。在《细胞》杂志上发表的一篇论文中，由奥地利科学技术研究所（ISTA）的乔纳斯小组和维也纳医科大学的神经外科医生领导的团队揭示了人类海马体CA3区域的中心，该区域负责记忆存储。
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大脑的学习和关联记忆中心是海马体。信用：神经科学新闻
我们的人类大脑具有在一生中存储和回忆记忆的非凡能力。一个物理空间、一种气味或一个熟悉的情境就足以唤起一段记忆，我们的大脑利用这些关联来完成模式。虽然人类大脑为此目的进行了优化，但我们才刚刚开始了解它如何整合关于我们周围环境的信息。这种模式完成过程是我们大脑的一个显著计算特性，称为关联记忆。
我们关于大脑的大部分神经科学知识来自广泛研究的动物模型，如啮齿动物，它们对科学至关重要。但人类大脑是否只是放大版的小鼠脑，还是具有使其独特的人类特征？
现在，奥地利科学技术研究所（ISTA）的研究人员和维也纳医科大学的神经外科医生揭示了人类大脑如何形成和检索关联记忆。
人类不是“大老鼠脑”
大脑的学习和关联记忆中心是海马体。在其内部，一个称为CA3的区域负责存储和处理信息并完成模式。由于健康的活体人类材料稀缺，大多数研究迄今为止都集中在动物模型上。
乔纳斯和沃森通过与专门治疗耐药性癫痫的神经外科医生罗斯勒教授合作，克服了这一问题。
“虽然接受神经手术的患者临床表现多种多样，但罗斯勒教授确定了一组海马体完好的癫痫患者，”乔纳斯说。
科学家们不可能错过这个机会。
“在这种形式的癫痫中，单侧切除海马体是必要的，以确保患者有机会康复并过上无癫痫的生活，”乔纳斯解释道。
因此，团队从17名同意的癫痫患者那里获得了完整的海马体组织。
研究人员结合了尖端的实验技术——多细胞膜片钳记录用于测量神经元的动态功能特性，超分辨率显微镜——与建模，得出了令人眼前一亮的发现。
远非放大版的小鼠海马体，人类CA3区域的神经连接更为稀疏，其突触——允许信号在神经元之间传递的连接——显得更加可靠和精确。因此，团队揭示了人类大脑连接的独特属性。
“感觉我们什么都不懂”
尽管人类海马体的细胞结构和突触连接与小鼠和大鼠相比存在重要差异，但动物模型的数据仍然非常重要。它作为参考，帮助科学家开发研究人类组织的技术。
“从从事啮齿动物工作的背景来看，感觉海马体的一切已经众所周知，”沃森说。
“当我开始检查第一个患者样本时，我意识到我们对人类海马体知之甚少。尽管这是在啮齿动物中研究最充分的大脑区域，但感觉我们对人类生理学、细胞组织或连接几乎一无所知。”
因此，基于他们在啮齿动物海马体组织方面的经验，沃森和乔纳斯需要找到新的方法重新审视人类的这一部分大脑。
建模人类大脑的计算能力
有了实验数据，团队试图构建一个模型，展示人类海马体CA3网络的计算能力。他们意识到，人类特有的电路和突触连接使他们能够测量记忆存储和检索的可靠性。
“我们可以测试这个模型中能容纳多少模式。这有助于我们证明人类特有的稀疏突触连接和增强的突触可靠性增加了存储容量，”乔纳斯说。
换句话说，他们揭示了人类CA3网络如何高效编码信息以最大化关联和记忆存储。
生理学家职业生涯中最美好的一天
目前的研究改变了科学家和医疗专业人士对人类大脑的看法。
“我们的工作强调了从人类视角重新思考大脑理解的必要性。即使使用啮齿动物模型生物，未来对脑电路的研究也必须以人类大脑为出发点，”乔纳斯说。
据科学家称，这项工作是正确的神经外科医生与正确的生理学家之间协同作用的成果。
“罗斯勒教授非常热衷于促进基础研究，并开发了提取患者组织的复杂技术，以便在实验室条件下进行最佳检查，”沃森强调。
这种合作使ISTA的研究人员获得了科学中稀缺的资源：完整的活体人类脑组织。由于组织可用性取决于手术，科学家们每隔几个月才能不定期地收到新的生物材料。
这影响了他们的实验室物流：他们经常需要在短时间内中断所有使用非人类材料的项目，并腾出空间接收和检查新鲜的人类样本。
“想到同一天早上接受神经手术的癫痫患者正在医院恢复，而我们在实验室里检查他们大脑中完整且活体的组织切片，感觉非常不真实，”沃森说。
“回顾过去，我作为一名生理学家职业生涯中最美好的一天就是第一批人类组织到达我们实验室的那天。”
注释：
关于人类患者组织样本的信息
人类组织样本是从17名颞叶癫痫患者处获得的，患者均知情同意。这项工作得到了维也纳医科大学伦理委员会的批准（伦理委员会编号：2271/2021）。更多信息可以在论文的实验模型和研究参与者详情部分找到。
关于人类死后组织样本的信息
三个块（每个约1立方厘米）的死后组织从阿姆斯特丹正常老化脑组织收藏（NABCA）生物库获得（项目协议METC：2023.0733；ISTA伦理委员会申请：2023-03）。更多信息可以在论文的实验模型和研究参与者详情部分找到。
关于动物研究的信息
为了更好地理解基本过程，例如在神经科学、免疫学或遗传学等领域，研究中使用动物是不可或缺的。其他方法，如计算机模拟模型，无法作为替代。动物的饲养、饲养和处理遵循严格的规定。动物研究在ISTA进行。
摘要
人类海马体CA3使用特定的功能连接规则实现高效的关联记忆
我们的大脑具有惊人的计算能力，生成复杂的行 为，存储个体一生的记忆，并产生更高的认知功能。然而，我们对人类大脑的神经科学研究知之甚少。
这个器官真的独特吗，还是只是广泛研究的啮齿动物大脑的放大版本？
结合多细胞膜片钳记录与扩展基超分辨率显微镜和全规模建模，我们确定了人类海马体CA3区域的细胞和微电路特性，这是记忆存储的基本电路。
与新皮层网络不同，人类海马体CA3显示出稀疏连接，提供了一个最大化关联能力的电路架构。人类突触表现出独特的可靠性、高精度和长整合时间，具有物种和电路特异性。
结合扩大的神经元数量，这些电路特性大大提高了CA3的记忆存储容量。
我们的结果揭示了人类海马体的独特微电路特性，开始揭示我们最复杂器官的内部运作机制。
(全文结束)
