研究人员研究了协调果蝇复杂运动序列的神经机制

我们的日常生活可以看作是一系列复杂的运动过程:早上的例行,工作或学校任务,我们在进餐时间采取的行动,晚上和周末编织的习惯和习惯。它…

我们的日常生活可以看作是一系列复杂的运动过程:早上的例行,工作或学校任务,我们在进餐时间采取的行动,晚上和周末编织的习惯和习惯。它们似乎几乎是自动的,背后几乎没有意识的思考。

研究人员研究了协调果蝇复杂运动序列的神经机制

然而,实际上,它们是我们在此过程中做出的无数决定和身体调节的结果,这要归功于大脑不断进行的信号处理,这些信号处理是由我们通过感官接收到的信息引导的。

加州大学圣塔芭芭拉分校的研究员朱莉·辛普森(Julie Simpson)对涉及这些复杂运动序列的过程感兴趣,特别是如何将神经信号转化为我们的身体行为。

分子,细胞和发育生物学系的助理教授辛普森说:“每天早晨,你都起床,然后决定如何做。”“肢体可以做很多事情,这是由运动神经元驱动的,运动神经元是由大脑的命令控制的。”人类有各种各样的行为,我们经常经历竞争的动力。我们如何选择首先要做什么?

绘制人脑活动如何协调身体运动面临许多明显的挑战,其中最重要的是人脑网络的复杂性。幸运的是,果蝇(果蝇(Drosophila melanogaster))是一种具有完整基因组的模式生物,它具有类似但更简单,更易处理的系统。辛普森(Simpson)和她的研究小组利用果蝇发现了导致苍蝇行为复杂运动序列的神经机制-特别是那些控制着毛的行为,这是一种普遍的果蝇行为,通过有针对性的腿部动作将灰尘从体内清除。

该发现发表在《当代生物学》杂志上的一篇论文中,除了增加了我们对大脑和身体如何工作的基本理解之外,还可以帮助人们洞悉大脑信号传导的病理学,例如帕金森氏病或强迫症行为。

通过光遗传学-利用光激活特定的神经元-以及有针对性的竞争性光,研究人员能够在果蝇受试者中关闭和打开这些神经元的小群,以观察果蝇选择表现出哪种行为。在这种情况下,当果蝇被认为是整个身体都被灰尘覆盖时,果蝇将不得不决定首先清洁哪个部分。

“如果您一次给他们所有脏东西,他们会怎么做?”辛普森说。

事实证明,果蝇通常具有标准的修饰顺序,但没有设定。他们每次抬起,种植并在每次打扫之间擦拭腿时,都会用腿打扫头部,然后是腹部,然后是翅膀。

辛普森说:“前向行为的可能性总是更高的,然后是后向的行为,但是确切的模式和确切的过渡点不同,所以它不是完全固定的动作模式。他们在选择概率。”

实验室发现,苍蝇做出的选择是每个区域灰尘水平的空间比较的结果。“尘埃”实际上是用于光遗传学刺激的红灯,就像机械感官虚拟现实一样,可以更好地控制神经元的激活。

该研究的主要作者尼尔·张说:“我们发现空间比较更为重要;果蝇并不能随时间推移来追踪感官输入。”“他们在不同的身体部位之间进行比较,例如在头部和腹部之间。”头部区域似乎通常会在竞争中获胜,这也许是由于位于眼睛和头部的大量机械感应刷毛,这使身体的这一部位成为清洁的重点。

辛普森说:“黑暗中的苍蝇仍将首先清洁眼睛。盲人的苍蝇仍将首先清洁眼睛。”但是“秃头的”苍蝇(那些没有刷毛的苍蝇)将具有较弱的驱动力,因此首先要吸引眼睛。

苍蝇收到的感官输入-不仅是机械的,还包括视觉,嗅觉和其他感觉的信息-被发送到大脑的特定区域,然后发送到迄今未知的神经回路,这些神经回路协调关于做什么和不做什么的决定。去做。

张说:“这种计算是由他们的神经系统做出的。”“下一步是找出哪些神经元和哪些电路在进行这种比较。”考虑到它拥有成千上万的神经元,即使对于相对简单的果蝇来说,这也是一个很高的要求。但是有了遗传工具,电子显微镜数据的接线图和功能成像技术,该领域的研究人员才有了良好的开端。

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