Science繪制新型神經元參考圖譜

日期：2014-03-31 09:24:47

神經科學家們獲得了一份新的指南，可為他們開展研究工作了解果蠅神經結構的功能提供參考。來自霍華德休斯醫學研究所和約翰霍普金斯大學的研究人員，記錄了整個果蠅幼蟲大腦活化神經元的行為效應并對其進行了分類。研究人員還發現，幼蟲大腦的1萬個神經元大多數為活化細胞。他們的研究成果在線發表在3月27日的《科學》（Science）雜志上。

劍橋大學神經科學家William Schafer（未參與該研究）說：“他們提出了一個框架，幾乎完整地描述了當你強烈地刺激神經元時它在做什么。我認為這真的很棒。”

哈佛大學神經科學家和物理學家Aravinthan Samuel（未參與該研究）說：“這項研究工作給我帶來了一些希望，表明我們可以真正地了解果蠅大腦。”

根據感官輸入和內在狀態，神經系統可以生成許多不同的運動模式。鑒別出生物體中控制行為的神經元和回路是非常困難且辛苦的過程，通常一次只能觀察確定一種行為。由于多種原因生成神經元-行為圖譜對于研究人員而言一直以來是一個重大的挑戰。首先，缺乏選擇性操控小部分神經元，同時又能觀測自然行為的實驗工具。其次，建立神經操作與隨時間變化的行為反應之間的因果聯系所面臨的計算統計學挑戰讓人望而生畏。

在這篇新文章中，研究小組采用了完全不同的方法來繪制神經元-行為圖譜。他們通過光遺傳學激活了果蠅幼蟲中1054種經鑒別的神經元細胞系，并追蹤了來自37,780只果蠅的行為反應。隨后對行為數據進行分析，鑒別出了29種不同的行為表現。研究人員發現其中許多的類型與科學家們從前記錄的行為相似。其中包括“擺動逃脫”、“直線逃脫”、“轉身”和“后退”等。

維也納大學及分子生理學研究所神經科學家和物理學家Alipasha Vaziri（未參與該研究）說：“他們似乎發現了以往未識別出的一些新的行為類型，還驗證了一些過去根據人類進行分類的一些行為。”

最終，研究人員將一些行為表現與相關神經元聯系起來。論文的共同作者、霍華德休斯醫學研究所的Marta Zlatic指出，一組特定的神經元有可能促成了多種行為。神經元組與行為之間的關系看起來有一定的隨機性——激活相同遺傳背景的個別動物的一些神經元并不總是導致完全相同的效應，但一些神經元組似乎確實與某些行為相關。

現在Zlatic還在致力于生成果蠅幼蟲神經元連接的接線圖。她希望很快能夠結合她的神經-行為圖譜和接線圖，了解神經元鏈產生行為的機制。

“盡管還有大量的工作要做，新研究為開始闡明介導不同行為的神經元提供了一個極好的資源。這是一個很好的起點，”Samuel說。