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  • 科學家記錄果蠅在3D“跑步機”上行走的過程及大腦中視覺神經元的變化

    時間:2022-05-07 10:43:07 來源: cnBeta.COM


    當葡萄牙Champalimaud基金會的神經科學家Eugenia Chiappe第一次看到這些結果時,她有一種預感,她的團隊有了一個特殊的發(fā)現(xiàn)。他們從視覺神經元中進行記錄,但房間是黑暗的,所以沒有視覺信號可以以這種方式驅動神經元。

    Chiappe回憶說:“這意味著這種不尋常的活動要么是一種偽裝,這不太可能,要么是來自于非視覺來源。在對干擾的可能性進行調查和排除后,我確信:神經元在忠實地跟蹤動物的步伐?!?/p>

    幾年后,研究人員有了許多新的見解,Chiappe和她的團隊現(xiàn)在在科學雜志《神經元》上介紹了他們的發(fā)現(xiàn):一個連接腿部和視覺系統(tǒng)的雙向神經網絡,以塑造行走。

    Chiappe說:“我們發(fā)現(xiàn)的最顯著的方面之一是,這個網絡同時支持兩個不同時間尺度的行走。它在一個快速的時間尺度上運行,以監(jiān)測和糾正每一步,同時促進動物的行為目標?!?/p>

    Chiappe說:“視覺和行動似乎不相關,但它們實際上是緊密聯(lián)系的;只要在墻上選擇一個點,試著閉著眼睛把手指放在上面。然而,人們對這種聯(lián)系的神經基礎知之甚少?!?/p>

    在這項研究中,研究小組專注于一種特殊類型的視覺神經元,這種神經元已知與運動腦區(qū)相連。該研究的第一作者Terufumi Fujiwara解釋說:“我們想確定這些神經元接收的信號,并了解它們是否以及如何參與運動?!?/p>

    為了回答這些問題,F(xiàn)ujiwara使用了一種強大的技術,即全細胞貼片記錄,使他能夠進入神經元的“情緒”,它可以是積極的,也可以是消極的。

    “神經元利用改變接收神經元整體電荷的電流相互交流。當神經元的正電荷更多時,它更有可能變得活躍,然后向其他神經元傳遞信號。另一方面,如果電荷更多是負的,神經元就更容易被抑制,”Fujiwara解釋說。

    觀察每一步

    研究小組跟蹤了神經元的電荷,發(fā)現(xiàn)它與動物的步伐同步,其方式是對每個動作進行微調的最佳方式?!爱斈_在空中時,神經元更積極,準備在需要時向運動區(qū)發(fā)出調整指令。另一方面,當腳在地上時,使調整成為不可能,這產生更多的負電荷,有效地抑制了神經元,”Chiappe說。

    保持路線

    當研究小組進一步分析他們的結果時,他們注意到神經元的電荷也在一個較長的時間尺度上發(fā)生變化。具體來說,當果蠅快速行走時,產生越來越多的正電荷。

    “我們相信,這種變化有助于維持動物的行為目標,”Fujiwara說。“蒼蠅快速行走的時間越長,它需要幫助來維持這一行動計劃的機會就越大。因此,神經元變得越來越‘警覺’,并準備好被‘招募’用于運動控制。”

    隨后研究人員進行了許多實驗,對該網絡進行了更全面的描述,并證明其直接參與了行走。但據(jù)Chiappe說,這項研究甚至比揭示一個新的視覺-運動回路更進一步,它還為運動的神經機制提供了一個新的視角。

    “目前關于行為如何產生的觀點是非?!陨隙隆模捍竽X指揮著身體。但我們的結果提供了一個明確的例子,說明源自身體的信號如何有助于運動控制。雖然我們的研究結果是在果蠅動物模型中得出的,但我們推測,類似的機制可能存在于其他生物體中?!彼偨Y說:“在探索、導航和空間感知過程中,與速度有關的表征是至關重要的,這些功能是包括人類在內的許多動物所共有的?!?/p>


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