人类拥有非常智慧的大脑，但是人类大脑为什么如此强大？为回答这个重要的科学问题，我们需要从人类大脑的细胞构筑，特别是组成大脑的基本功能单位——神经元的视角来进行研究，因此研究人脑神经元的独特性至关重要。那么人脑是否拥有独特的神经元种类呢？以往的形态学观察已经发现，人脑皮层中存在一类形态结构非常特殊的纺锤体神经元（Spindle neuron, SPN），也称von Economo neuron。这类神经元的胞体呈纺锤体形状，垂直于皮层层状结构，其初级顶树突与基底树突分别从狭长的胞体延伸开来。SPN也发现于猕猴、大象及鲸类等具备高级认知功能物种的皮层中，而在常见的动物模型小鼠皮层中并不存在。在人类大脑中，SPNs 主要聚集于岛叶和前扣带回皮层的深层（第V层），被认为与高级认知功能和社会行为密切相关。确实，SPN在额颞叶痴呆、阿尔茨海默病及孤独症等多种神经系统疾病中容易丢失，表现出高度疾病病理易感性。然而，受限于人类脑组织活体样本的稀缺性，SPN是否具备独特的生理特征，以及如何参与高级认知功能，长期以来缺乏系统性研究。
复旦大学脑科学转化研究院舒友生团队，联合中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心何杰团队、上海德济医院郭辉团队及西北工业大学彭佳杰团队，在人类大脑神经元研究领域取得重要进展。相关研究成果以 “Spindle neurons in human cortex possess distinctive firing properties and transcriptomic signatures”为题，正式发表于《自然-通讯》（Nature Communications）杂志。该研究主要利用临床手术中切除的人脑组织，通过形态学分析、电生理记录与膜片钳测序等技术，深入解析了人脑 SPN 的电生理特征、与其他皮层神经元的差异，及其内部的细胞异质性。
此前研究已提示，SPN 与往皮层下投射锥体细胞（Extratelencephalic-projecting pyramidal cell, ET-PC）共享多个分子标志物，推测二者可能同属一类群，但 SPN 是否为独立的细胞类群仍不明确。值得一提的是，神经外科手术中切除的组织多来自癫痫高发的颞叶和额叶皮层，研究团队首次在这些脑区制备的离体脑片中成功发现 SPN（第IV-V层），为后续深入研究奠定了关键基础。研究团队结合何杰课题组新近研发的单细胞测序技术、舒友生课题组的电生理技术，对SPN及其邻近的锥体细胞进行了高质量的膜片钳单细胞测序与分析，从形态、电生理、转录组等三个维度取得如下重要发现。
在形态学层面，SPNs除了特征性的纺锤体样胞体形态之外，其轴突几乎全部起源于粗大的基底树突主干而非胞体，同时SPN的近端顶树突分支相比于ET-PC显著减少，这些形态结构的特化可能决定了其区别于ET-PC的独特突触输入整合模式。
在电生理功能层面，发现 SPN具有非常高的神经兴奋性。相比于ET-PC，SPN 表现出更低的阈值电流和独特的放电模式，包括强烈的爆发式放电（Burst spiking）以及在短暂刺激后仍能持续数秒的持续性放电（Persistent firing）。这种高度敏感的响应模式且持久的神经信号发放能力，可能是人脑进行高效实时信息处理的生理基础。
在转录组层面，尽管SPN与ET-PC共享分子标记物（如ADRA1A, SULF2），膜片钳测序分析揭示了SPN与ET-PC在转录水平上的差异。同时SPN这个形态定义的类群可在转录组水平上进一步细分为 IT 型（IT-SPN）和 ET 型（ET-SPN），这修正了此前将 SPN 视为单一类群的传统观点。此外，研究团队利用彭佳杰课题组构建的特征选择算法，鉴定出了一组包含 38 个基因的“分子指纹”，将 SPN 从皮层第V层兴奋性神经元群体中识别出来，为后续研究提供了特异性工具。
本研究的意义在于，通过多维度证据确证了人脑皮层中的SPN 不仅具有独特的细胞形态，且在电生理功能和分子身份上均显著区分于其他神经元。因此，SPN是人脑中一类独特的神经元类群，同时该群体内也具有细胞异质性（ET-SPN与IT-SPN）。这不仅为理解人类认知的演化提供了关键的细胞学数据，也为阐明相关神经病理状态下的环路功能障碍提供了新思路。
复旦大学脑科学转化研究院柯蔚博士、吕书轩博士，以及中科院金梦梦博士、西北工业大学焦少青博士为该论文的共同第一作者。研究过程中，李俍博士及所有共同作者给予了大力支持。舒友生教授、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心何杰研究员、上海德济医院郭辉教授与西北工业大学彭佳杰教授为共同通讯作者。
研究得到了昌平国家实验室、国家自然科学基金、上海市学术带头人计划，以及中国博士后科学基金等项目的支持。该研究在执行过程中得到蒲慕明、甘文标、徐圣进等专家的大力支持。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72935-2
