生物科学门户网站
BIO1000.COM

透明的鱼幼虫揭示了如何通过大脑做出决定

不知不觉中,我们做出了无数的决定:在公交车上向左转还是向右转?等待还是加速?看还是忽略?在做出这些决定之前,大脑会评估感觉信息,然后才产生行为。马克斯·普朗克神经生物学研究所的科学家们第一次能够在整个脊椎动物大脑中遵循这样的决策过程。他们的新方法展示了斑马鱼大脑如何以及在何处将环境运动转化为决定,从而导致鱼向特定方向游泳。

幼小的斑马鱼很小。他们的大脑比苍蝇大得多,几乎透明。“因此,我们可以观察整个大脑,看看发生什么事,例如,当做出决定时,”恰恰做到了这一点的Elena Dragomir解释说。艾琳娜·德拉戈米尔(Elena Dragomir)说:“第一步是找到一种可以用来研究决策的行为范式。”例如,显示了其他动物物种在一个方向上或多或少移动的点。可以对动物进行训练,以指示它们对点的运动方向的决定,如果正确,它们将获得奖励。来自鲁本·波特古斯(Ruben Portugues)小组的神经生物学家现在已经将这种实验装置用于斑马鱼。“诀窍在于,我们使用一种称为光动力反应的可靠行为来读出鱼的行为。

如果鱼在水流中漂流,环境的图像就会移过它的眼睛。鱼会沿感知的光流方向游泳,以防止漂移。在实验室中,移动的点可能会触发这种光动力反应,根据移动点的方向,鱼会向左或向右转。“我们还可以通过改变视觉刺激的强度来改变决策的难度,”鲁本·波特古斯解释说。“如果更高比例的点沿一个方向移动,鱼将更快,更可靠地转向正确的方向。”

通过显微镜,研究人员可以观察到鱼脑记录了运动的点并及时整合了这种定向运动。在积累了足够的证据后,它会触发一个决定,即朝着移动点的感知方向游泳。

点移动到哪里?

鱼何时以及向哪个方向转向的决定与点的运动模式相关。该研究的合著者Vilim Stih解释说:“这可能需要几秒钟的时间,而且绝对不是反射,而是对感觉刺激的立即反应。”随着时间的推移,这种感官信息的积累也是其他动物物种决策模型的一部分。”与这些物种相反,研究人员能够绘制出幼虫斑马鱼几乎所有参与此决策过程的大脑区域。

例如,前盖区/丘脑区的神经元簇很可能处理视觉输入。后脑中的神经元可能会触发转弯和游泳运动。在“足突间核”(IPN)中,研究人员发现了与鱼的转向速度密切相关的活动模式。基于他们的综合行为,神经生理学和建模方法,基于马丁斯里德的研究人员为研究脊椎动物大脑决策过程中的信息流提供了全新的可能性。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。