Abstract The neocortex is disproportionately expanded in human compared with mouse 1,2 , both in its total volume relative to subcortical structures and in the proportion occupied by supragranular layers composed of neurons that selectively make connections within the neocortex and with other telencephalic structures. Single-cell transcriptomic analyses of human and mouse neocortex show an increased diversity of glutamatergic neuron types in supragranular layers in human neocortex and pronounced gradients as a function of cortical depth 3 . Here, to probe the functional and anatomical correlates of this transcriptomic diversity, we developed a robust platform combining patch clamp recording, biocytin staining and single-cell RNA-sequencing (Patch-seq) to examine neurosurgically resected human tissues. We demonstrate a strong correspondence between morphological, physiological and transcriptomic phenotypes of five human glutamatergic supragranular neuron types. These were enriched in but not restricted to layers, with one type varying continuously in all phenotypes across layers 2 and 3. The deep portion of layer 3 contained highly distinctive cell types, two of which express a neurofilament protein that labels long-range projection neurons in primates that are selectively depleted in Alzheimer’s disease 4,5 . Together, these results demonstrate the explanatory power of transcriptomic cell-type classification, provide a structural underpinning for increased complexity of cortical function in humans, and implicate discrete transcriptomic neuron types as selectively vulnerable in disease.

The neocortex is disproportionately expanded in human compared to mouse, both in its total volume relative to subcortical structures and in the proportion occupied by supragranular layers that selectively make connections within the cortex and other telencephalic structures. Single-cell transcriptomic analyses of human and mouse cortex show an increased diversity of glutamatergic neuron types in supragranular cortex in human and pronounced gradients as a function of cortical depth. To probe the functional and anatomical correlates of this transcriptomic diversity, we describe a robust Patch-seq platform using neurosurgically-resected human tissues. We characterize the morphological and physiological properties of five transcriptomically defined human glutamatergic supragranular neuron types. Three of these types have properties that are specialized compared to the more homogeneous properties of transcriptomically defined homologous mouse neuron types. The two remaining supragranular neuron types, located exclusively in deep layer 3, do not have clear mouse homologues in supragranular cortex but are transcriptionally most similar to deep layer mouse intratelencephalic-projecting neuron types. Furthermore, we reveal the transcriptomic types in deep layer 3 that express high levels of non-phosphorylated heavy chain neurofilament protein that labels long-range neurons known to be selectively depleted in Alzheimer's disease. Together, these results demonstrate the power of transcriptomic cell type classification, provide a mechanistic underpinning for increased complexity of cortical function in human cortical evolution, and implicate discrete transcriptomic cell types as selectively vulnerable in disease.