Nature打破认知：小脑也在进化，它的作用远被忽略！

迄今为止，人类高级认知功能的进化主要与新皮层的扩张有关。新皮层是大脑的一个区域，主要负责有意识的思考、运动和感觉知觉。

然而，海德堡大学分子生物学中心的Henrik Kaessmann教授博士解释说，研究人员越来越意识到，小脑在进化过程中也在扩大，可能有助于人类独特的能力。他的研究小组与海德堡Hopp儿童癌症中心的Stefan Pfister教授一起，绘制了人类、小鼠和负鼠小脑细胞发育的综合遗传图谱。这些数据的比较揭示了哺乳动物进化1.6亿年来小脑发育的祖先和物种特异性细胞和分子特征。

Kaessmann教授解释说:“虽然小脑是颅骨后部的一个结构，但却包含了整个人脑中80%的神经元，不过长期以来，人们一直认为这是一个细胞结构相当简单的大脑区域。然而，近年来，越来越多的证据表明，这种结构中存在明显的异质性。

海德堡大学的研究人员现在已经对人类、小鼠和负鼠小脑发育过程中的所有细胞类型进行了系统分类。为此，他们首先利用单细胞测序技术收集了近 40 万个细胞的分子特征。他们还采用了能够绘制细胞类型空间图的程序。

在这些数据的基础上，科学家们注意到，在人类小脑中，Purkinje 细胞（浦肯野细胞，也就是在小脑中具有关键功能的大型复杂神经元)的比例在胎儿发育的早期阶段几乎是小鼠和负鼠的两倍。这种增加主要是由Purkinje细胞的特定亚型驱动的，这些细胞在发育过程中首先产生，并可能与参与成熟大脑认知功能的新皮层区域进行交流。

Kaessmann研究小组的博士后研究员Mari Sepp博士解释说:“在人类进化过程中，这些特定类型的Purkinje细胞的扩展支持了人类更高的认知功。”

研究人员还利用生物信息学方法，比较了人类、小鼠和负鼠小脑细胞的基因表达程序。这些程序是由无数基因的微调活动决定的，这些基因决定了细胞在发育过程中分化成的类型。

研究发现，具有细胞类型特异性活动特征的基因在物种进化过程中至少保持了约1.6亿年。Henrik Kaessmann表示，这表明它们对于决定哺乳动物小脑中决定细胞类型特征的基本机制非常重要。

与此同时，科学家们发现了1000多个基因，这些基因的活动特征在人类、小鼠和负鼠之间存在差异。

“在细胞类型的层面上，基因获得新的活动特征的情况是相当频繁的。这意味着所有哺乳动物的祖先基因在进化过程中在新细胞类型中变得活跃，可能改变这些细胞的特性，”Kevin Leiss说。

Pfister教授解释说，在人类和小鼠（生物医学研究中最常用的模式生物）之间出现活动特征差异的基因中，有几个与神经发育障碍或儿童脑肿瘤有关。他认为这项研究的结果可以为寻找合适的模型系统(除了小鼠模型)提供有价值的指导，进一步探索这些疾病。

研究结果发表在《自然》杂志上。除了海德堡大学的科学家之外，来自柏林以及中国、法国、匈牙利和英国的研究人员也参与了这些研究。欧洲研究理事会资助了这项研究。这些数据可在公共数据库中查阅。

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Cellular development and evolution of the mammalian cerebellum