Nature：两篇论文揭秘大脑功能中最神秘的一个方面

2024-02-08 14:16:51
自闭症科研;
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来源：生物通

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摘要：这一发现补充了另一项研究，该研究也于2月7日发表在《自然》杂志上，由洛克菲勒大学的一个独立研究小组领导，该小组描述了果蝇中相同神经元回路的部分。

关键词：大脑功能,神经元,果蝇中相同神经元回路

这一发现补充了另一项研究，该研究也于2月7日发表在《自然》杂志上，由洛克菲勒大学的一个独立研究小组领导，该小组描述了果蝇中相同神经元回路的部分。

大脑功能

摘要:

一项针对果蝇的新研究揭示了大脑内部指南针和控制区域是如何协同工作的。这些大脑区域由神经元连接，帮助果蝇实时调整航向。这些发现暗示了像方向感这样的内部认知状态是如何转化为行为的。

我们的方向感对我们驾驭周围世界的能力至关重要。它就像大脑内部的指南针，帮助我们找到方向，同样重要的是，当我们朝着错误的方向前进时，它会提示我们改变方向。

然而，尽管有大量关于导航如何在大脑中工作的研究，科学家们仍然对这个内部指南针如何直接指导行为缺乏明确的认识。

现在，一项由哈佛医学院的研究人员在果蝇身上进行的研究为两个不同的大脑区域——指南针的位置和控制中心，在导航过程中如何交流提供了新的见解。

研究结果发表在2月7日的《自然》杂志上

在这项研究中，研究人员检查了果蝇在朝着特定方向奔跑时偏离轨道的大脑。他们发现，三组不同的神经元使罗盘和大脑的控制区域之间的通信，并协同工作，帮助果蝇航向正确。在此过程中，神经元将来自果蝇内部罗盘的信号转化为行为，使其保持在正确的方向上运动。

“到目前为止，没有人真正知道方向感是一种内在的认知状态，它与动物在世界上所做的动作有什么关系，”资深作者Rachel Wilson说。

尽管果蝇体型很小，但它们的大脑和行为却很复杂。因此，这一发现可以为未来研究大脑中的信号如何在更复杂的物种(包括人类)中转化为行动提供基础。

保持方向

人类和其他复杂的动物有一个由脑细胞组成的内部指南针，它利用内部和外部信息来产生方向感。在果蝇中，科学家们发现这些细胞，被称为头方向细胞（Head direction cells)，排列成一个圆圈，使它们特别容易研究。

与果蝇名字所暗示的相反，果蝇花更多的时间行走而不是飞行。先前的研究表明，当果蝇四处走动时，这些头方向细胞会主动跟踪它们的旋转运动，比如向右或向左。

在这项新的研究中，研究人员想要探索这个指南针是如何在功能上连接到大脑的控制区域，了解它是如何指导导航的。为了做到这一点，他们使用果蝇大脑中每个神经连接的现有接线图来建立这些区域如何连接的计算模型。通过这个模型，他们能够识别并预测连接这两个区域的神经元层。

为了验证他们的预测，研究人员分析了果蝇在虚拟现实环境中行走时模型识别的神经元层的活动。通常情况下，果蝇会朝着一个随机的方向直线飞行，可能是为了逃离它们的环境。当它们的虚拟世界被旋转使它们偏离航线时，果蝇很快就纠正了航线。有趣的是，这些航向修正是由三组不同的神经元完成的:两组神经元推动果蝇向左或向右移动，一组神经元发出信号让果蝇完全掉头。

“你可以把这三组神经元想象成守卫城堡的三个哨兵，每组神经元负责监视不同的方向，并提示纠正，以保持果蝇朝着目标移动。”

这些发现解释了果蝇如何利用方向感来估计它们与目标的关系，以及它们如何利用这种估计来调整自己的行为。

威尔逊说:“这是对复杂的认知过程是如何工作的，以及它是如何产生具体的、有指导意义的实时行为的具体描述。”

综合起来，这两项研究为方向感如何转化为动物的行为提供了更完整的理解。