小脑浦肯野细胞在灵长类演化过程中改变了树突结构

脊椎动物的演化推动了脑区的适应性重塑，以应对不断变化的感觉—运动需求。小脑——这一介导联想学习和预测编码的后脑区域——被认为通过复制并重新利用一种保守的皮层回路，参与了脊椎动物不同物种中的多样化运动与非运动行为。然而，系统比较小脑在演化过程中回路结构的研究仍然很少。 我们近期发现，人类浦肯野细胞（Purkinje cells，PCs；小脑皮层的主要神经元）几乎普遍具有多个一级树突，这一结构模式赋予其独特的信号传导特性；在小鼠中，该结构模式也存在，但较为少见。为获得演化层面的认识，我们建立了一个参数化并比较PC形态的框架，研究对象包括代表4000万年演化历程的11种类人猿总科（anthropoid）灵长类，以及作为外群的小鼠。树突结构在小鼠和猴类中表现为具有垂直取向的单一一级树突，而在类人猿中则显著转变为多个水平取向的一级树突，在人类中这一特征尤为突出。人类谱系中树突区室化程度的增加，是由各个单独形态特征上呈现的单调式、阶梯式或人类特异性趋势所共同产生的。PC形态具有高维特征，大多数特征广泛且彼此独立地变化，然而，仍可依据多变量形态空间特征谱较为准确地预测其所属支系。系统发育模式并不能被组织褶叶化或异速生长缩放很好地解释，这支持了这样一种假说：形态变异受到功能需求的约束。与脑演化中的一项核心原则相呼应——选择压力驱动的是回路元件的精细调节，而非整体回路的重组——在保守的回路结构背景下，PC树突形态可能作为小脑适应过程中的一个关键节点。

脊椎动物的演化推动了脑区的适应性重塑，以应对不断变化的感觉—运动需求。小脑——这一介导联想学习和预测编码的后脑区域——被认为通过复制并重新利用一种保守的皮层回路，在各类脊椎动物物种中参与多样的运动和非运动行为。然而，系统比较小脑在演化过程中回路结构的研究仍然很少。

我们最近发现，人类浦肯野细胞（PC， 即小脑皮层的主要神经元）几乎普遍具有多个初级树突；这一结构特征赋予其不同的信号传导特性，而小鼠实验表明该特征在小鼠中也存在，但较不常见。为寻求演化层面的洞见，我们建立了一个参数化并比较PC形态的框架，涵盖11种类人猿总科（anthropoid）灵长类动物，代表了4000万年的演化历程，并以小鼠作为外群。树突结构从小鼠和猴类中具有垂直取向的单一初级树突，显著转变为猿类中具有水平取向的多个初级树突，而在人类中这一特征尤为突出。人类谱系中不断增强的树突区室化，是由各个单独形态特征上呈现单调式、阶梯式或人类特异性趋势共同产生的。

PC形态具有高维特征，大多数特征都表现出广泛且彼此独立的变异，然而，仍可根据多变量形态空间谱较为准确地预测其所属演化支系。系统发育模式并不能很好地用组织叶褶化或异速生长缩放来解释，这支持了这样一种假说：形态变异受到功能需求的约束。呼应脑演化中的一个核心原则——选择压力驱动的是回路组成要素的精细调谐，而非整体回路的重新排列——PC树突形态可能在保守的回路结构背景下，作为小脑适应性演化的一个关键节点。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.07.728033v1?rss=1

🏷️ 浦肯野细胞 小脑 树突形态 灵长类演化 系统发育 神经回路