导语
今天,《自然》杂志发表了一项研究,对线虫的全脑进行重建得到的多尺度的脑图,这将有助于理解大脑的运行方式。
新智元 | 来源
令人惊讶的是,研究人员发现在单个线虫的某些神经回路或通路的结构中有很大程度的变异,这个发现补充了不同动物共有的一套核心神经回路的理论。科学家们认为,线虫的大脑与体型较大的动物的共同点可能比我们之前认为的要多得多。
绘制线虫大脑的图像
研究人员查看了成年线虫和幼年线虫大脑的电子显微镜图像集合,这些图像显示了单个的脑细胞或神经元,使研究人员能够绘制线虫神经回路的组织结构。这些结构包括从单个细胞到整个大脑。
大脑结构和功能
科学家们确定了大脑中已知的神经回路和通路,比如导航神经回路 (navigation neural circuit),动物会利用这个回路跟踪气味和味道来寻找食物。另一个回路被认为是用来促进运动知觉,它能够感觉到自己是被细菌包围还是蠕动通过土壤。
他们认为「信息在线虫的大脑中是通过一些层(Layer)来处理的」。
事实上,在人类大脑中也发现了类似的分层结构。信息流从感觉细胞开始,感觉细胞对环境做出反应。例如,细胞可以感知细菌,但它们是否是正确的食物,闻起来是否像“正确的”细菌?这个问题的答案要求信息在被发送到大脑的指挥区采取行动之前,必须经过多种感官的整合。
大脑地图显示了一个非常优雅的结构,支持信息流通过线虫的大脑,它比传统观点更复杂。大脑地图显示了不同神经回路的汇聚,这使得线虫能够整合它通过感觉细胞接收到的所有不同信号,并协调反应。
在研究过程中,研究人员惊奇地发现了线虫大脑中个体差异的程度。
在秀丽线虫的一生中,细胞分裂和生长的方式遵循着一个严格的框架,这个过程在整个物种中都能观察到。但是脑细胞略有不同,脑细胞与邻近细胞形成接触以创建神经回路的方式似乎存在高度的变异。
通过使用数学和计算机模型,科学家们能够辨别出那些可能在大量动物群体中形成核心环路的连接,以及那些似乎在个体之间变化的连接。
科学家们发现,线虫大脑中只有大约一半的线路是相似的,另一半显示出变异。
这个发现让人兴奋。因为这表明线虫的大脑与高等动物的大脑有着比现在已知或预期的更多的共同点,从这种线虫中学到的经验教训可以帮助我们更广泛地了解大脑。
当动物面临挑战、危险和不断变化的环境时,变化的连通性可能支持大脑的个性、冗余性和适应性。
参考资料:
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-02/uol-smt022321.php
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原标题:《Nature:从全脑体积重建获得的多尺度脑图》
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