2026 年 7 月 14 日，复旦大学脑智研究院、原东南大学脑科学与智能技术研究院彭汉川教授团队，与北京天坛医院张力伟教授团队，共同在国际学术期刊 Nature Neuroscience 在线发表题为「A framework for comparative analysis of human and mouse cortical neuron dendrites in corresponding brain regions」的研究论文 [1]。
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https://www.nature.com/articles/s41593-026-02376-z
研究整合了 2,363 个人类皮层神经元和 16,011 个小鼠皮层神经元的三维树突重建，建立了一套涵盖脑区对应、神经元定位、质量控制、尺度归一化和局部形态分析的跨物种比较框架。结果显示，在控制神经元整体尺度后，人类皮层锥体神经元的胞体近端树突具有更高的分支频率和更短的分支间隔。人类不同皮层脑叶的局部树突形态也表现出整体更强的区域可分性，其差异更多体现在树突的三维空间延展中，小鼠脑叶间差异则更多与分支拓扑有关。
图 1 人鼠对应脑区中的皮层神经元树突比较框架
建立跨物种比较的空间基准
人类皮层具有复杂的脑沟和脑回，小鼠皮层则较为平滑，物理空间的模板对齐所得到的局部形变很难获得清晰的生物学解释。研究团队因此采用双标准空间策略，使两个物种分别进入各自的标准脑空间。小鼠全脑影像被配准到 Allen 小鼠脑通用坐标框架 CCFv3，人脑影像被配准到 ICBM2009c 非线性标准空间。研究者先在物种内部完成脑影像、组织样本和单神经元来源脑区定位，再在各自标准空间中寻找具有解剖和功能对应关系的皮层区域。
为了降低跨物种区域匹配对经验判断的依赖，研究进一步整合了小鼠 MERFISH、小鼠单细胞 RNA 测序和人类单核 RNA 测序数据。研究者基于同源基因统一表征细胞类型，并比较不同皮层脑区中各类神经元的相对组成。结果显示，人类顶上小叶与小鼠后顶叶联合区、人类颞横回与小鼠听觉皮层等候选区域，在解剖功能关系和转录组细胞组成方面均得到较一致的支持。由此，研究将解剖标注、功能关系、配准稳定性和细胞组成作为多重约束，形成了一套可以继续检验和更新的区域匹配流，也为后续开展更精细的跨物种脑区比较提供了基础。
图 2 基于解剖、功能、配准稳定性和细胞组成确定人鼠对应皮层区域
大规模重建与标准化比较
研究中的人类数据来源于 23 例脑外科手术样本，取样区域由神经外科医生依据术前 MRI 及术中临床评估，确认为非病变的皮层组织。研究采用前期工作 ACTomography [2] 的数据获取工作流，将厚切片制备、单细胞染料灌注、双光子成像和三维重建整合起来，最终获得 2,363 个人类皮层神经元。小鼠数据来自 100 个 fMOST 全脑成像样本。研究团队通过自动神经元追踪和协作增强重建系统 [3]，获得 16,011 个小鼠皮层神经元的树突形态，相关神经元形态数据已通过平台 NeuroXiv [4] 开放共享。
两组数据的获取路径存在差异，为了提高可比性，研究团队统一进行了神经元类型筛选、皮层层次匹配、顶树突和基底树突标注以及重建质量控制。考虑到人类离体组织中的远端树突容易受到切片边界截断，研究重点分析能够完整追踪的非末端分支，以保留稳定的局部分支信息，并降低组织厚度和染料灌注范围对远端树突重建的影响。通过这些处理，不同来源、不同成像尺度和不同组织条件下获得的神经元被纳入同一套形态分析流程。
图 3 人类和小鼠皮层神经元采样分布
在归一化尺度下观察树突局部结构
人类皮层神经元通常具有更广的树突覆盖范围，直接比较原始树突长度和分支数量，观察到的结果可能主要反映神经元整体尺寸差异。而这一差异也与不同物种皮层厚度和神经元胞体大小存在线性相关。本研究中测得人类神经元的平均胞体直径约为小鼠神经元的 1.68 倍，研究者据此对小鼠神经元进行线性尺度变换，用于检验人鼠神经元的局部树突结构在控制尺寸差异后能否产生新的观测结果与树突组织规则。
在原始尺度下，人鼠部分低阶非末端分支的长度分布较为接近。完成尺度归一化后，两者的差异更加清晰。相对于神经元整体尺寸，人类神经元会在更短的低阶分支上较快发生分叉。在胞体近端的局部树突中，人类神经元表现出更多局部分叉、更高的分支频率和更短的分支间隔。
这些结果说明，简单的整体等比例放大不足以解释人类皮层锥体神经元的树突形态。人类神经元在靠近胞体的位置形成了更紧凑、更密集的局部分支组织。这种局部结构的改变为进一步研究人类神经元的输入整合机制提供了形态学基础。
图 4 尺度归一化后，人类皮层神经元表现出更高的局部分支频率和更短的分支间隔
人脑叶可分性揭示树突形态的区域化差异
在建立对应脑区并控制整体尺度后，研究团队进一步考察，同一物种中不同皮层脑叶的神经元能否仅凭局部树突形态加以区分。研究者分别从顶树突和基底树突中提取 41 项形态特征，并结合特征筛选、随机森林分类和五折交叉验证，比较额叶、顶叶和颞叶神经元之间的形态可分性。
在人类额叶和顶叶之间，神经元形态分类的平衡准确率接近 70%，小鼠相应比较约为 60%。在用于比较额叶和顶叶的 41 项特征中，有 37 项在人类两个脑叶之间呈现出更大的分布差异。这表明，人类不同皮层脑叶的局部树突形态具有更明显的区域特征。
进一步分析表明，人类和小鼠脑叶形态差异依赖不同类型的特征。小鼠的区域差异更多由分支阶次、拓扑深度等拓扑特征驱动，主要反映树突分支层级的组织方式；人类的区域差异则更多体现为树突直线度、三维延展方式和局部空间排列的变化，包含更丰富的局部三维空间信息。
研究团队还将局部树突形态的脑叶可分性与 EEG、MEG 数据，外部转录组、新陈代谢和皮层几何等数据进行了比较。研究者在各个数据模态中分别提取具有代表性的经典特征，并在相同的脑叶分类框架下评估区域差异。结果显示，基因表达具有较高的区域可分性，EEG 和 MEG 的结果较为依赖具体实验任务，脑代谢和皮层几何所呈现的脑叶差异相对较弱。这些比较从不同生物学尺度展示了皮层区域差异的表现形式，也说明各类模态所包含的区域信息具有不同的敏感性。
图 5 人鼠脑叶形态差异依赖不同特征
从比较结果走向可复用的分析框架
这项研究的主要贡献，是把跨物种神经元形态比较拆解成一套可以逐项检查的程序。研究分别将两个物种定位到各自的标准脑空间，利用多类证据建立候选对应脑区，匹配细胞类型和皮层层次，限定具有可比性的局部树突范围，并通过明确的尺度模型控制神经元整体尺寸。通过这一流程，脑区关系、样本来源、重建质量和神经元大小等可能影响比较结果的因素得到系统处理。
在这一框架下，研究得到两个主要结论。第一，考虑尺度差异的情况下，人类皮层锥体神经元在胞体附近具有更密集的局部分叉结构；第二，人类不同皮层脑叶的局部树突形态具有整体更高的区域可分性，其信息更多包含在树突的三维空间组织方式中。
未来，随着人类、非人灵长类和其他哺乳动物单神经元数据持续积累，这套框架可以扩展到更加精细的脑区、皮层层级和分子细胞类型。非人灵长类数据尤其有助于描绘人类和小鼠之间的形态变化轨迹，判断相关特征在哺乳动物演化过程中如何逐步形成。在脑疾病研究中，该框架还可以用于建立非病变状态下的人鼠对应脑区形态参照，为比较人类疾病组织与小鼠疾病模型中的树突异常提供更可靠的基线。
复旦大学脑智研究院、东南大学脑科学与智能技术研究院、北京天坛医院为本文主要合作单位。东南大学博士生员之曦、叶雯、北京天坛医院主任医师季楠、博士生王玉金为本文共同第一作者；彭汉川教授和张力伟教授为本文主要通讯作者。
参考文献
1. Yun, Z., Ye, W., Ji, N., Wang, Y., Rong, J., Li, T., ... & Peng, H. (2026). A framework for comparative analysis of human and mouse cortical neuron dendrites in corresponding brain regions. Nature Neuroscience, 1-15.
2. Han, X., Guo, S., Ji, N., Li, T., Liu, J., Ye, X., ... & Peng, H. (2023). Whole human-brain mapping of single cortical neurons for profiling morphological diversity and stereotypy. Science Advances, 9(41), eadf3771.
3. Zhang, L., Huang, L., Yuan, Z., Hang, Y., Zeng, Y., Li, K., ... & Peng, H. (2024). Collaborative augmented reconstruction of 3D neuron morphology in mouse and human brains. Nature Methods, 21(10), 1936-1946.
4. Jiang, S., Wang, L., Yun, Z., Chen, H., Liu, L., Yao, J., & Peng, H. (2025). NeuroXiv: AI-powered open databasing and dynamic mining of brain-wide neuron morphometry. Nature methods, 22(6), 1195-1198.
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41593-026-02376-z
