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电突触如何成为动物大脑决策中的“智能过滤器”?

2025-01-16来源:天脉网编辑:瑞雪

神经科学领域迎来了一项重要发现:电突触在动物决策过程中的关键作用被揭示,这一发现对理解神经系统的运作机制具有深远影响。

耶鲁大学与康涅狄格大学的科学家们携手,在探究动物大脑决策机制上取得了突破性进展。他们聚焦于电突触在过滤感觉信息中的独特作用,这一成果已刊登在《细胞》杂志上。

动物大脑时刻接收着来自四面八方的感官信息,包括视觉、听觉、嗅觉等。科学家指出,要有效处理这些信息,需要一个精细的过滤系统,该系统能够筛选出关键细节,引导动物作出相应行动。这一过滤系统并非简单地屏蔽无关信息,而是根据情境主动对信息进行优先级排序,这一过程被称为“行动选择”。

为了深入研究这一机制,科学家们选择了秀丽隐杆线虫作为实验对象。这种蠕虫虽然体型微小,却为理解行为选择的神经机制提供了宝贵模型。研究发现,秀丽隐杆线虫能够学会偏爱特定温度,并在温度梯度中导航至其喜好的温度。

蠕虫在温度梯度中展现出两种行为模式:梯度迁移和等温跟踪。前者是蠕虫沿温度梯度向其喜好的温度移动,后者则是在找到适宜温度后,蠕虫保持在该温度范围内的行为。令人惊奇的是,蠕虫能够根据环境选择执行哪种行为。远离喜好温度时,它们采用梯度迁移;接近喜好温度时,则切换至等温跟踪。

科学家进一步探究发现,这一行为的调控关键在于一种名为INX-1的蛋白质介导的电突触。这些电突触连接了控制蠕虫运动决策的AIY神经元。研究小组发现,电突触不仅传递信号,还起到了过滤作用。在INX-1功能正常的蠕虫中,电连接有效抑制了来自热感觉神经元的微弱信号,使蠕虫专注于温度梯度中的较大变化,从而高效穿越梯度,向喜好温度移动。

然而,在INX-1缺失的蠕虫中,AIY神经元变得异常敏感,对轻微温度波动反应过度。这种过度敏感导致蠕虫被困在并非其喜好的温度等温线中,无法有效向喜好温度移动。科学家形象地比喻道,这就像一只鸟在不恰当的环境中伸展双腿,反而妨碍了其正常飞行。

由于从蠕虫到人类,许多动物的神经系统中都存在电突触,因此这一发现的意义远不止于蠕虫的行为。耶鲁大学医学院的神经科学和细胞生物学教授丹尼尔·科隆-拉莫斯表示,科学家可以利用这一发现,研究神经元之间的关系如何改变动物对环境的感知和反应。虽然不同动物在行动选择的具体细节上可能有所不同,但电突触在耦合神经元以改变对感觉信息反应中的基本原理可能是普遍存在的。

科隆-拉莫斯还指出,在人类视网膜中,也存在类似电突触结构的神经元,即“无长突细胞”,它们在眼睛适应光线变化时调节视觉敏感性。这一发现进一步证实了电突触在神经系统处理感觉信息、指导动物感知和行为中的关键作用。

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