美国成功绘制出水螅活体神经元活动完整图谱

科技日报社 2017/4/13 6:07:06

(原标题:美首绘水螅活体神经元活动完整图谱)

据《新科学家》杂志网站11日报道,美国哥伦比亚大学科学家拍摄到活动中水螅的全身神经系统,首次记录了活体生物所有神经元的活动图谱。这一发表在《当代生物学》杂志上的突破性研究,将帮助科学家认识简单动物如何通过神经活性控制自身各种行为,进而推广到人类,为研究人脑甚至人类全身神经系统提供重要方法。

水螅是与水母一样全身透明的小型动物,拥有最原始的神经系统,结构简单,只含几千种神经细胞。这些细胞遍布全身,从而构建出网状神经系统。

不过,科学家至今仍没弄清楚,这些神经细胞间的相互作用对水螅屈伸前进和翻身等独特行为方式有何影响。

在最新研究中,哥伦比亚大学拉斐尔·尤斯特和同事对水螅进行了基因修饰,使其神经细胞能在高钙环境下发光。根据钙离子浓度升高后水螅神经细胞发出的光信号,他们获得了神经电路活性与水螅行为方式之间的关联。

比如,他们观察到,当水螅为躲避猎食者而全身缩成球时,一种神经电路被激活;当水螅寻找食物时,另一种神经电路被激活,以帮助其通过感光找到目标;当水螅进食时,一种神经电路会激活其体内类似胃部的空腔进行消化。

研究团队在观察多个神经电路后发现,水螅每个神经细胞只参与一种神经电路,证明其每个行为对应一种特有的神经网络,与人类每种神经元交叉参与多个神经活动的复杂系统完全不同。

但尤斯特表示:“新研究向破译神经密码迈出了重要的一步。只有洞察了水螅这类动物最简单‘大脑’的秘密,我们才能进一步研究更复杂的大脑,破译神经活动与行为方式之间错综复杂的关联。”

总编辑圈点

尤斯特曾在2012年参与发起了“人脑活性图谱项目”,号召神经科学家们合作,破译人脑每个神经元的活动方式,该项目后来成为2013年奥巴马政府计划斥资数十亿美元“脑计划”的核心内容。绘制神经元活动图谱是第一步,也是最关键的一步。

科学家选择从简单生命到高级生命的进阶路径,是符合科研规律的明智之举。或许某一天,在完成“××神经电路可能是人类××神经系统的映射”这类填空题时,很容易做出答案的新一代神经科学家,要感谢曾经对此作出贡献的小小水螅。

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