果蝇的“内置指南针”找到

来源:中国网 2017-05-24
科技日报北京5月23日电 (记者张梦然)英国《自然》杂志22日发表论文称,美国科学家发现了生物的“内置指南针”——果蝇在导航过程中保持方向感所依赖的神经回路,以及转向神经元的“油门”和“刹车”。这项研究不仅能为研究其它动物的空间导航能力带来启发,更重要的是,还能加深我们对大脑如何将变化中的输入整合为持续活动的理解。
包括哺乳动物、鸟类和昆虫在内的许多动物,能利用天生的方向感找到环境中的一些特定地点,比如巢穴和食物来源等。更奇妙的是,在没有视觉路标的情况下,动物仍能保持这种朝向感。此前,有研究表明,空间导航在一定程度上依赖于朝向神经元(Head-direction neurons),在包括啮齿动物和果蝇在内的一些物种中,朝向神经元是生物的“内置指南针”。
在先前的研究中,科学家们曾在果蝇脑部识别出一个类似甜甜圈状的区域,在这一区域周围,研究人员能在动物移动时观测到神经活动,就像指针在指南针表面上转动一样。
此次,洛克菲勒大学研究人员盖比·迈蒙及其同事描述了这种类似指南针的活动背后的神经回路。团队让果蝇在位于虚拟背景中心的一个气垫球上行走,背景中有明亮或黑暗的视觉路标。他们在果蝇脑部找到了一组使指南针“指针”顺时针或逆时针转动,从而在转向时调整其朝向感的神经元。
这种转向神经元有两种亚型,一种叫P-EN1,像是转向之初的“油门”,可能承担了其他与朝向有关的功能;另一种叫P-EN2,可能是转向结束时的“刹车”,它可使朝向系统准确地在黑暗中追踪果蝇的方向。
这种神经转向机制与根据啮齿类动物朝向细胞提出的模型,拥有一些关键的共同特征,这表明昆虫和哺乳动物在导航过程中调整朝向时可能利用了同样的神经回路结构。
总编辑圈点
动物辨识方向能力是近几年一个研究热点,中国科学家在这方面也颇有建树。大家逐渐意识到,“找到北”这一对动物事关存亡的能力,有不同的实现路径,有些动物是通过磁、光感应,有些则是通过对转向的记忆。有一些人类部族也有惊人的辨向能力,机制是什么?搞清楚这点,对我们研制出能认路的人工智能也大有裨益。
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