鸟脑令人惊讶地复杂：非凡的认知表现

时间：2022-05-16 15:25:04 来源：

使用3D偏振光成像技术对大鼠（左）和鸽子（左）的大脑神经纤维进行成像。版权：Axer等人，ForschungszentrumJülich

创新的显微镜方法揭示了哺乳动物和鸟类之间意想不到的相似之处。

有些鸟类可以实现非凡的认知能力-但与哺乳动物相比，它们的大脑被认为是相当混乱的。来自Bochum（RUB），Düsseldorf（HHU），Jülich（FZJ）和Aachen（RWTH）的科学家现在第一次展示出哺乳动物的新皮层与鸟类的感觉大脑区域之间的惊人相似之处：两者均以水平层和垂直列进行布线。这项发现驳斥了已有150年历史的假设。决定性的见解是由Jülich和杜塞尔多夫大脑研究人员开发的方法提供的。该结果最近发表在《科学》杂志上。

相对于它们的体型，鸟类和哺乳动物的大脑最大。否则，它们之间几乎没有共同点，因此科学家已有一百多年的假设：哺乳动物的大脑的大脑皮层由六个水平层和垂直于这些层的圆柱组成。相比之下，禽脑乍看起来似乎组织不良，仅显示或多或少具有密度的细胞堆积。

“鉴于鸟类可以实现惊人的认知表现，但是，人们怀疑它们的大脑比以前想象的要有更高的组织能力，”该大学心理学系生物心理学工作负责人OnurGüntürkün教授说。 RUB和鸟类认知专家。

的确，克里斯蒂娜·赫罗尔德（Christina Herold）博士（HHU的C.和O. Vogt大脑研究所）和马丁·斯塔克博士（RUB）周围的研究人员现在已经成功地证明了鸟类和哺乳动物的大脑在组织上看起来惊人地相似。

就像哺乳动物的新皮层一样，鸟类大脑中的纤维水平和垂直分布。

鸽子和各种哺乳动物的纤维结构比较。3D-PLI方法显示了用颜色编码的神经纤维的方向。这里看到的描绘并没有反映出真实的大小-人类的大脑大约比鸽子的大脑大500倍。版权：HHU杜塞尔多夫/ Herold等。

以前，不可能以所需的精度绘制禽脑较大区域的纤维结构。常用的技术要么局限于小组织样本，要么缺乏分辨率和灵敏度，无法揭示定义大脑神经元组织的微结构特征。因此，两者之间的水平保持在黑暗中。

ForschungszentrumJülich光纤架构小组负责人Markus Axer博士解释说：“ 3D PLI的分辨率比跟踪方法要低一些，但是能够在合理的时间内分析大量组织，这是一个决定性的优势。”使用这种方法，研究人员能够以1.3微米（百万分之一毫米）的分辨率分析三个完整的鸽子大脑。每个大脑以高分辨率扫描250个切片，并以3D方式重建。

尤利希和杜塞尔多夫两家研究所所长卡特琳·阿蒙兹教授强调说：“ 3D PLI是一种对深入了解大脑的连通性做出重要贡献的技术，它使识别物种间神经网络的相似性和差异性成为可能。”

由于该方法在计算上非常具有挑战性，因此研究人员使用FENIX超级计算平台来处理数据。FENIX是欧洲高性能计算中心网络，其中包括Jülich超级计算中心，并且是人脑项目开发的新EBRAINS基础结构的一部分。EBRAINS为全世界的神经科学家提供了一套先进的新方法和资源，包括在尤利希和杜塞尔多夫创建的人脑3D地图集BigBrain和Julich-Brain。

波鸿（Bochum）中的进一步追踪实验使详细研究鸟类大脑中细胞的交联成为可能。该技术使用微小的晶体，这些晶体会扩散到脑片中神经细胞的最小分支中。OnurGüntürkün解释说：“在这里，类似地，该结构显示为由信号从上到下传输的列，反之亦然。然而，这种结构仅在鸟脑的感觉区域中发现。其他区域（例如关联区域）的组织方式有所不同。

参考：马丁·斯塔乔，克里斯蒂娜·赫罗尔德，诺米·鲁克，赫尔曼·瓦格纳，马库斯·阿克瑟，卡特琳·阿蒙兹和奥努尔·古腾库恩，“马丁·斯塔乔，克里斯蒂娜·赫罗德，马丁·斯塔克的大脑中的类似皮质的规范回路”，科学。DOI：
10.1126 / science.abc5534

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