一只果蝇在漂浮的3D跑步机上行走，科学家记录其大脑中的视觉神经元
简介：一只果蝇在一个被做成漂浮的3D跑步机的小泡沫聚苯乙烯球上行走。房间完全黑暗，然而，记录苍蝇大脑中视觉神经元
一只果蝇在一个被做成漂浮的3D跑步机的小泡沫聚苯乙烯球上行走。房间完全黑暗，然而，记录苍蝇大脑中视觉神经元的电极传递着一系列神秘的神经活动，像正弦波一样起伏。当葡萄牙Champalimaud基金会的神经科学家Eugenia Chiappe第一次看到这些结果时，她预感到她的团队有了一个非凡的发现。他们正在记录视觉神经元，但房间是黑暗的，所以没有视觉信号可以以这种方式驱动神经元。
“这意味着不寻常的活动要么是人为的，这是不太可能的，要么是来自一个非视觉来源，”Chiappe回忆说。“在调查并排除干扰的可能性后，我确信:神经元忠实地跟踪着动物的脚步。”
几年后，在获得了许多新的见解后，Chiappe和她的团队现在将他们的发现发表在科学杂志上神经元:连接腿部和视觉系统以塑造行走的双向神经网络。
“我们发现的一个最显著的方面是t这个网络支持同时在两个不同的时间尺度上行走。它在快速的时间尺度上运行，以监控和纠正每一步，同时促进动物的行为目标。"
追踪神经“情绪”
“愿景和行动看似无关，但实际上紧密相关；只要在墙上选择一个点，闭着眼睛试着把手指放在上面，”Chiappe说。"尽管如此，我们对这种联系的神经基础知之甚少。”
在这项研究中，该团队专注于一种特殊类型的视觉神经元，这种神经元已知与运动脑区相连。“我们希望识别这些神经元接收的信号，并了解它们是否以及如何参与运动。”该研究的第一作者Terufumi藤原解释道。
为了回答这些问题，藤原使用了一种称为全细胞膜片记录的强大技术，这种技术使他能够利用神经元的“情绪”，这种情绪可以是积极的，也可以是消极的。
“神经元通过改变接收神经元总电荷的电流相互交流。当神经元的净电荷越多，它就越有可能变得活跃，然后向其他神经元传递信号。另一方面，如果电荷越负，神经元就越受抑制。”藤原解释道。
观察每一步
研究小组跟踪了神经元的电荷，发现它以一种最适合微调每个动作的方式与动物的脚步同步。
“当脚在空中时，神经元更加积极，准备在需要时向运动区发出调整指令。另一方面，当脚在地面上时，调整是不可能的，电荷更负，有效地抑制了神经元。”Chiappe说。
保持航向
当团队进一步分析他们的结果时，他们注意到神经元的电荷也在更长的时间尺度上发生变化。具体来说，当苍蝇快速行走时，电荷变得越来越正。
“我们认为这种变异有助于维持动物的行为目标。”藤原说。“苍蝇走得越快，它需要帮助来维持这个行动计划的可能性就越大。因此，神经元变得越来越警觉，并准备好被招募来进行运动控制。”
大脑并不总是老板
随后进行了许多实验，对这个网络进行了更全面的描述，并证明了它与行走的直接联系。但根据Chiappe的说法，这项研究甚至比揭示一种新的视觉运动回路更进一步，它也为运动的神经机制提供了一个新的视角。
“目前关于行为如何产生的观点非常‘自上而下’：大脑指挥身体。但是我们的结果提供了一个清晰的例子，说明来自身体的信号是如何影响运动控制的。虽然我们的发现是在苍蝇动物模型中进行的，但我们推测类似的机制可能存在于其他生物中。”她总结道：“与速度相关的表征在探索、导航和空间感知过程中至关重要，这些功能对包括人类在内的许多动物来说都很常见。”
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