《科學》（Science）發表了由阿丘卡洛巴斯克神經科學中心（Achucarro Basque Center for Neuroscience）和巴斯克大學（UPV/EHU）的一名伊卡巴斯克研究人員領導的兩項研究，揭示了它們獨特的進化路徑。

實驗操作後的小雞胚胎。 圖片來源：Fernando García-Moreno

胼胝體是哺乳類新皮質發育的大腦區域，在人類區別於其他物種的認知和複雜功能中發揮關鍵作用。 傳統上，胼胝體被認為是哺乳動物、鳥類和爬行動物在結構上具有可比性的區域，主要區別在於複雜性。

以前人們認為，該區域包含類似類型的神經元以及用於感覺和認知處理的等效電路。 早期的研究發現了這些脊椎動物共有的興奮性和抑制性神經元，以及一般的連結模式，這顯示這些脊椎動物有著共同的演化軌跡。

然而，兩項新的研究表明，雖然胼胝體在這些類群中發揮類似的功能，但其發育機制和神經元的分子特徵在演化過程中卻出現了顯著的差異。

小雞大腦中不同神經元類型的分佈（黑色背景）。 圖片來源：Fernando García-Moreno

第一項研究由埃內里茨-魯埃達-阿拉尼亞（Eneritz Rueda-Alaña）和費爾南多-加西亞-莫雷諾（Fernando García-Moreno）在阿丘卡洛進行，並得到了來自巴斯克研究中心（CICbioGUNE 和BCAM）、馬德里國家資訊中心（CNICNIC）、穆爾西亞大學（University）和加拿大學科團隊的大學。

大腦發育與進化實驗室負責人加西亞-莫雷諾博士解釋說：”在每個物種中，它們的神經元誕生的位置和發育時間都不同，這表明它們不是源自共同祖先的可比神經元。”

小雞大腦中不同神經元類型的分佈（白色背景）。 圖片來源：Fernando García-Moreno

研究人員利用空間轉錄組學和數學建模發現，鳥類和哺乳動物負責感官處理的神經元是透過不同的基因組合形成的。

“它們用來建立細胞身份的基因工具因物種而異，每種物種都表現出新的、獨特的細胞類型”。 這一切都表明，這些結構和迴路並非同源，而是趨同進化的結果，也就是說，”它們是透過不同的進化路徑獨立發展出這些重要的神經迴路的”。

第二項研究進一步探討了這些差異。 這項研究在德國海德堡大學進行，由巴斯蒂安-扎倫巴（Bastienne Zaremba）、亨里克-凱斯曼（Henrik Kaessmann）和費爾南多-加西亞-莫雷諾（Fernando García-Moreno）共同指導，它提供了鳥類大腦的詳細細胞類型圖譜，並將其與哺乳動物和爬行動物的大腦進行了比較大腦。

“我們能夠逐個細胞地描述這些大腦中每種神經元使用的數百個基因，並利用生物資訊工具對它們進行比較”。

小雞大腦中不同神經元類型的分佈（黑色或白色背景）。 圖片來源：Fernando García-Moreno

研究結果表明，數億年來，鳥類保留了所有其他脊椎動物的大部分抑制性神經元。 然而，負責在掌葉傳遞訊息的興奮神經元卻以獨特的方式進化。 鳥類大腦中只有少數幾種神經元類型的基因圖譜與哺乳動物中的相似，如視網膜和海馬，這表明有些神經元非常古老，是跨物種共享的。

「然而，大多數興奮性神經元在每個物種中都以新的、不同的方式進化，」García-Moreno博士詳述道。

發表在《科學》（Science）上的這些研究採用了空間轉錄組學、發育神經生物學、單細胞分析和數學建模等先進技術來追蹤鳥類、哺乳動物和爬行動物大腦迴路的演化過程。

小雞大腦中不同神經元類型的分佈（黑色或白色背景）-II。 圖片來源：Fernando García-Moreno

加西亞-莫雷諾博士解釋說：”我們的研究表明，進化找到了構建複雜大腦的多種解決方案。鳥類通過自己的機制發展出了複雜的神經迴路，而沒有走哺乳動物的老路。這改變了我們對大腦進化的理解。”

這些發現凸顯了大腦發育在演化過程中的靈活性，顯示高階認知功能可以透過截然不同的基因和細胞途徑出現。

加西亞-莫雷諾博士解釋說：”大腦使我們成為人類，但也透過共同的進化史將我們與其他動物物種聯繫在一起。”

鳥類和哺乳動物獨立發展神經迴路的發現對比較神經科學具有重大意義。 了解產生特定神經元類型的不同遺傳程序可以為神經發育研究開闢新的途徑。

加西亞-莫雷諾博士主張進行這類基礎研究：”只有了解大腦在胚胎發育和進化歷史中是如何形成的，我們才能真正掌握大腦的功能。”

編譯自/ ScitechDaily