代表斑马鱼行进方向的神经元网络

过去的研究发现，一些动物的大脑会产生它们前进方向的表征。例如，昆虫的航向由大脑中心区域神经元的活动表示，该区域称为中枢复合体。

慕尼黑工业大学的研究人员最近进行了一项研究，旨在识别代表斑马鱼行进方向的类似神经网络，同时也揭示了它们的潜在动力学。他们的研究结果发表在《自然神经科学》上，确定了斑马鱼前脑中的一个特定网络，该网络似乎代表了它们前进的方向。

“我实验室以前的工作揭示了一个参与决策的区域，特别是向左或向右转的决定，”进行这项研究的研究人员之一Ruben Portugues告诉Medical Xpress。

“这个区域，椎弓间核，是一个圆形结构，可以在脊椎动物大脑的中间找到。这种大脑结构的解剖结构和动力学让我们想起了昆虫大脑的深层圆形结构，椭球体，这对导航很重要，并被证明代表了昆虫的航向方向。

最近的这项研究从其他研究团队先前的工作中汲取灵感，例如弗吉尼亚州霍华德休斯医学研究所的Vivek Jayaraman实验室和洛克菲勒大学的Gaby Maimon实验室。这些工作确定了似乎代表昆虫航向的大脑区域。

因此，在他们的实验中，Portugues和他的同事专门搜索了斑马鱼神经元中投射到这个大脑区域的航向表示。

“在90年代在啮齿动物中发现了航向神经元，但从未观察到完整的网络，我们缺乏对航向表示如何生成的理解，”Portugues解释说。“我们在这项研究中的主要目标是找到斑马鱼的航向网络，并同时对网络的很大一部分进行成像。这使我们能够表征网络以及它如何代表动物的前进方向。

在他们的实验中，Portugues和他的同事使用功能成像技术检查了斑马鱼后脑中的神经元。更具体地说，他们使用他们制造的显微镜收集图像，称为光片显微镜，可以同时成像几个神经元的活动。

“我们还从已经存在的电子显微镜数据集重建了该区域神经元的形态，”Portugues说。“从这个数据集中，可以检测到这些神经元在哪里发送它们的投影，以及它们如何连接到网络中的其他神经元。我们的重建表明，航向神经元抑制了代表相反航向的航向神经元。这确保了在任何给定时间点只表示一个航向方向。

自从几十年前神经科学家首次发现所谓的“航向神经元”的存在以来，已经引入了许多理论模型来解释这些神经元如何在网络中连接。对昆虫的研究表明，理论和实验之间有很好的一致性，但关于脊椎动物(即拥有脊椎或脊柱的动物)的航向网络却很少。

Portugues和他的同事是第一个收集发现的人，证实了斑马鱼的大脑中也存在航向神经回路。

“我们最近的工作表明脊椎动物大脑中存在这种网络，”Portugues说。“由于斑马鱼的透明度和小尺寸，我们可以揭示网络的架构，让我们对它的工作原理有一个机械的理解。此外，虽然昆虫和脊椎动物的大脑非常不同，但我们表明，两者的航向系统共享许多连接模式，这表明神经系统的一些架构原理在整个动物王国中得以保留。

这组研究人员最近收集的研究结果可能很快为寻找其他脊椎动物大脑中航向的神经表征的研究铺平道路，例如不同的鱼类，鸟类，两栖动物，爬行动物甚至哺乳动物。总的来说，这些工作可以为动物关于旅行的决定如何在大脑中存储或表示提供一些有趣的新见解。

“在我们最近的研究中，我们发现了一个编码航向信号的网络，”Portugues补充道。

“我们现在计划发现这个信号是如何产生的，这个信号在大脑中传递到哪里，以及鱼类如何使用它来导航环境。具体来说，我们想研究当动物朝着目标导航时会发生什么;它如何使用航向信号以及当该信号受损时会发生什么。

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