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发表在最新一期《科学》杂志上的两项研究，研究人员揭示了鸟类，爬行动物和哺乳动物已经独立发展出复杂的大脑回路，尽管它们有共同的祖先。这些发现挑战了传统的大脑进化观点，并表明，虽然这些群体之间存在类似的大脑功能，但胚胎形成机制和细胞类型遵循不同的进化轨迹。
大脑皮质（ pallium ）是哺乳动物大脑新皮质形成的区域，负责认知和复杂功能，这是人类与其他物种最大的区别。传统上，pallium被认为是哺乳动物、鸟类和爬行动物的类似结构，只是在复杂程度上有所不同。据推测，这一区域有相似的神经元类型，有相同的感觉和认知处理回路。先前的研究已经确定了共享兴奋性和抑制性神经元的存在，以及一般的连接模式，表明这些脊椎动物物种具有相似的进化路径。然而，新的研究表明，尽管在这些群体中，pallium的一般功能是相同的，但其发育机制和神经元的分子特征在进化过程中存在很大差异。
在来自巴斯克研究中心CICbioGUNE和BCAM、马德里CNIC、穆尔西亚大学、Krembil（加拿大）和斯德哥尔摩大学的多学科合作团队的支持下，阿丘卡罗的Eneritz Rueda-Alaña和Fernando García-Moreno进行的第一项研究表明，尽管鸟类和哺乳动物已经发育出具有相似功能的神经回路，但这些神经回路在胚胎发育期间形成的方式却截然不同。
大脑发育和进化实验室负责人García-Moreno博士解释说：“每个物种的神经元在不同的位置和发育时间出生，这表明它们不是来自共同祖先的可比神经元。利用空间转录组学和数学模型，研究人员发现鸟类和哺乳动物负责感觉处理的神经元是由不同的基因组成的。它们用来建立细胞身份的遗传工具因物种而异，每个物种都表现出新的独特的细胞类型。这一切都表明，这些结构和回路不是同源的，而是趋同进化的结果，这意味着“它们通过不同的进化路径独立地发展了这些基本的神经回路。”
第二项研究进一步探讨了这些差异。
由Bastienne Zaremba， Henrik Kaessmann和Fernando García-Moreno共同指导的研究中，研究人员提供了鸟类大脑的详细细胞类型图谱，并将其与哺乳动物和爬行动物的细胞类型进行了比较。
“我们能够一个细胞一个细胞地描述大脑中每种神经元使用的数百个基因，并将它们与生物信息学工具进行比较。”
结果表明，鸟类保留了所有其他脊椎动物中存在的大多数抑制性神经元数亿年。然而，它们负责在大脑皮层传递信息的兴奋性神经元以一种独特的方式进化。鸟类大脑中只有少数神经元类型的基因图谱与哺乳动物相似，如屏状体和海马体，这表明一些神经元非常古老，并且是跨物种共享的。
“然而，在每个物种中，大多数兴奋性神经元都以新的和不同的方式进化，”García-Moreno博士详细介绍道。
这些发表在《科学》杂志上的研究使用了空间转录组学、发育神经生物学、单细胞分析和数学建模等先进技术来追踪鸟类、哺乳动物和爬行动物脑回路的进化。
改写大脑的进化史
“我们的研究表明，进化已经找到了构建复杂大脑的多种解决方案，”García-Moreno博士解释说。“鸟类通过自己的机制发展出复杂的神经回路，而不是遵循与哺乳动物相同的路径。这改变了我们对大脑进化的理解。”
这些发现强调了大脑发育的进化灵活性，表明先进的认知功能可以通过截然不同的遗传和细胞途径出现。
研究大脑进化的重要性
García-Moreno博士解释说：“我们的大脑使我们成为人类，但它也通过共同的进化史将我们与其他动物物种联系在一起。”鸟类和哺乳动物独立发展神经回路的发现对比较神经科学具有重大意义。了解产生特定神经元类型的不同遗传程序可以为神经发育研究开辟新的途径。
García-Moreno博士提倡这种基础研究：“只有了解大脑的形成方式，无论是在胚胎发育还是在进化史上，我们才能真正掌握它的功能。”
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