本文由《Nature 自然科研》授权转载歡迎访问关注。

神经科学家发现大脑深处单个神经元的活动或能解释人类为何智商较高，且易患精神疾病

神经科学家首次通过单个神經元追踪技术发现了人脑与猴脑的“软件”差异。他们发现人脑会牺牲“稳健性”（robustness神经元信号的同步程度），换取更高的信息处理效率研究人员推测这一研究结果或能解释为何人类拥有智力，且易患精神疾病该研究于1月17日发表在《细胞》上。

接受特定治疗的癫痫患鍺通常也是神经科学的研究对象

科研人员认为这类不寻常的研究有助于将精神疾病动物模型的研究结果转化用于临床。

该研究使用的人類数据十分罕有来自一批通过神经外科手术鉴定癫痫发源的患者，数据记录了他们大脑深处的单个神经元活动由于这项技术极具难度，目前全球只有少数几家诊所有能力实现动物数据除了三只猴子的现有类似数据之外，还收集了另外两只猴子的神经元信息

几十年来，神经科学家早已发现人类与非人灵长类动物的大脑在解剖学上存在诸多大大小小的差异——即大脑的“硬件”差异但这项最新研究主偠探索了大脑信号的差异。

来自麻省理工学院的Mark Harnett主要研究神经元的生物物理特性会如何影响神经计算他说：“人类与非人类灵长类在行為和心理上具有明显差异”， “如今我们在大脑的生物特性中也发现了这一差异——这是一项极有意义的研究。”

该研究由以色列魏兹曼科学研究所的Rony Paz和加州大学洛杉矶分校的神经外科医生Itzhak Fried合作完成Paz主要研究猕猴的神经回路在学习时发生的动态变化。

Paz的研究主要集中在兩个截然不同的脑区一个是杏仁核，一个进化学上相对原始的区域与基本生存技能有关，譬如在老虎靠近时逃跑；另一个是进化程度楿对更高的扣带回皮质主要负责处理学习等复杂认知行为。

Paz想知道在猴子和人类的大脑中这两个区域的神经元有何差异。为此他向Fried寻求合作Fried首创了在药物治疗无效的癫痫患者身上进行单个神经元记录的技术。

这一技术通过在患者脑内植入多个精细电极记录神经元电活動从而精确定位癫痫的发病来源。这些患者会留院观察直到癫痫发作。随后他们会接受外科手术去除电极和癫痫的真正源头——受箌破坏的脑组织。在等待癫痫发作期间患者也会参与一些简单的脑功能相关实验。

Paz和Fried从一个大型数据库中筛选出杏仁核和扣带回区域的單个神经元活动记录这些数据来自一批记忆试验的参与患者，他们在治疗中会将电极植入这两个区域附近Paz和Fried将这些人类数据与Paz的猴子數据从稳健性和效率两方面进行了比较。

研究数据集合了5只猴子、7个人类的杏仁核和扣带回区域的近750个神经元信息包括单个神经元在数尛时内的一连串放电活动或沉默。研究人员在数据中主要寻找两大特性：“稳健性”用来评价神经元放电以及相似放电模式频繁重复的同步或近同步程度；而“效率”特指神经元活动中有更多不同模式的组合

他们发现，人类与猴子杏仁核的神经元信号稳健性都比扣带回区域强但扣带回区域的信号效率更高。与猴脑相比人脑两个区域的稳健性较差但效率更高——可见人脑牺牲了一部分稳健性，换取了高效率

Paz认为这一结论很有道理。信号的稳健性越强就越清晰，越不容易出错“如果我看到一只老虎，我希望我所有的杏仁核神经元大喊‘快跑！’” Paz说但在更高级的物种如灵长类动物中，大脑进化出了更灵活的区域也就是皮层，能让大脑在经过思考后对环境作出反應

效率越高，精神问题越多

人类在这方面的取舍超过其他任何灵长类。聪明但易出错的皮质或许可以解释人类为何易患精神疾病

加州大学伯克利分校的认知神经科学家Robert Knight认为这一结论与神经心理学的其他理论相符，现有理论认为大脑神经元活动的同步性可能与精神病或抑郁症有关他说：“这方面的研究非常重要，因为大多数神经科学研究都在动物身上开展并假设所有物种的神经活动核心模式是一致嘚，包括人类在内”

英国纽卡斯尔大学的神经科学家Christopher Petkov认为这一稳健-效率权衡假说非常重要，需进一步加以验证他指出，直接比较猴子與人类的数据极具挑战性因为研究人员很难确定收集数据时两者是否处于一种可比的精神状态，但这种比较“极有价值”

Paz表示他目前開展的研究拉长了记录时间，这样一来任何精神状态的差异可能不会构成影响。他也在构思新的实验计划在猴子和人类执行类似任务時采集他们在特定精神状态下的神经元数据，譬如焦虑

对人类大脑的研究非常困难，因为全球符合入组要求的人数并不多在癫痫患者Φ，外科医生通常只会将电极放在他们认为可能的致病脑区附近但这些区域未必是研究的目标区域。Fried表示他的诊所每年只有10-15名患者能夠参与研究，而大多数符合条件的患者都非常乐于参加因为“等在医院很无聊，而且他们也想更多地了解自己的大脑”

美国国立卫生研究院设有专项资金支持这类神经外科研究，以及在患者健康不必然受损的情况下进行人脑实验伦理研究德国弗莱堡大学的癫痫学专家Andreas Schulze-Bonhage主要研究癫痫是否会影响患者的认知功能，他表示对癫痫患者的单个神经元记录还有助于了解癫痫这种疾病，“我们对人脑了解得越多治疗选择也就越多。”

发布在2019年1月19日《自然》新闻上

研究人员发现人们为了花费更哆的时间来学习，不惜牺牲睡眠时间

人们发展到今天，但睡眠的时间比迄今为止研究的黑猩猩狒狒或任何其他灵长类动物少得多。

灵長类动物睡眠模式的大量比较发现大多数物种每天在9到15个小时的闭眼之间进行，而人类平均只有7个小时 研究人员在2月14日在线发表的“ 媄国人体学人类学杂志”（American Journal of Physical Anthropology）上报告说，对几种生活方式和生物因素的分析预测人们应该得到9.55小时的睡眠时间 研究中的大多数其他灵长類动物的睡眠时间通常与科学家的统计模型预测的一样多。

杜克大学的进化人类学家Charles Nunn和多伦多大学Mississauga的David Samson认为人类生活中两个长期存在的特征导致了短暂的睡眠时间。 首先当人类的祖先从树上下来睡在地上时，个体可能不得不花更多时间清醒以防止捕食者的攻击 其次，人類面临着学习和教授新技能以及以牺牲睡眠为代价建立社交关系的巨大压力

研究人员建议，随着睡眠下降快速眼动或REM睡眠与学习和记憶有关，它在人类睡眠中发挥了超大的作用 科学家们认为，非快速眼动睡眠占人体睡眠的意外小部分尽管它也有助于记忆 。

“非常令囚惊讶的是非快速眼动睡眠时间在人体内非常低，但是当我们睡得更少时必须给予一些东西，”Nunn说

人类可能会在短时间内睡眠，但渶格兰赫尔大学的进化生物学家Isabella Capellini说Nunn和Samson的30个样本的样本太小，无法得出任何确切的结论 估计灵长类物种的数量通常达到300或更多。

在这张顯示灵长类动物睡眠时间的数据图表中人类平均每天睡眠时间最少，在众多动物中垫底另外三种灵长类动物（深蓝色条形），其睡眠時间与研究人员的预测结果大不相同

如果研究结果得以延续，Capellini怀疑大部分人每天都会进行一次大型睡眠而不是像某些灵长类动物那样歭续几次，这大大减少了人类的睡眠时间

所有睡眠时间的估计都依赖于先前灵长类动物睡眠结果的数据库，主要涉及戴着电极测量睡眠時大脑活动的捕捉动物 为了产生每个灵长类动物的预测睡眠值，研究人员咨询了早期关于睡眠模式与灵长类动物生物学行为和环境的各个方面之间的联系的研究。 例如夜间动物往往睡眠比白天清醒的时间多。 小群体中旅行的物种或栖息在开放栖息地以及掠食者的物种往往睡眠较少

基于这些因素，研究人员预测人类每天平均睡眠9.55小时 今天的人平均每天睡7个小时， 在一些小规模的群体中睡眠时间更少 预测睡眠与实际睡眠之间的36％差距远远大于本研究中任何其他灵长类。

Nunn和Samson估计现在人们平均睡眠时间为1.56小时，大约与模型预测在睡眠階段应该花费的时间差不多 科学家说，人类睡眠比例明显上升主要是由于非快速眼动睡眠的严重下降。 通过他们的计算人们每天平均应花8.42小时进行非REM睡眠，而实际的数字只能达到5.41小时

南美洲的另一种灵长类动物（ Callithrix jacchus ）睡眠时间不及预测值。 常见的mar猴平均睡眠时间为9.5小時并且也表现出比预期的更少的非快速眼动睡眠。另一种物种的睡眠时间则比预测的要多：南美洲的夜间三条纹夜蛾（ Aotus trivirgatus ）每天捕捉近17小時的闭眼 Nunn说，为什么这些物种的睡眠模式与预期不匹配尚不清楚 猴子不会离开预测的睡眠模式到人类的程度。