為了了解大腦活動(dòng)和行為之間的完整關(guān)系，科學(xué)家們需要一種方法來(lái)繪制整個(gè)大腦中所有神經(jīng)元的這種關(guān)系——這是迄今為止無(wú)法克服的挑戰(zhàn)。但在為此目的發(fā)明了新技術(shù)和方法之后，麻省理工學(xué)院皮考爾學(xué)習(xí)與記憶研究所的一組科學(xué)家對(duì)一條不起眼的秀麗隱桿線蟲易馴服的微小大腦中的神經(jīng)元進(jìn)行了嚴(yán)格的計(jì)算，繪制出它是如何腦細(xì)胞編碼幾乎所有的基本行為，例如運(yùn)動(dòng)和進(jìn)食。
在《細(xì)胞》雜志上，研究小組提出了新的全腦記錄和數(shù)學(xué)模型，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)神經(jīng)元代表蠕蟲行為的多種方式。研究小組將該模型專門應(yīng)用于每個(gè)細(xì)胞，制作了一個(gè)圖譜，顯示大多數(shù)細(xì)胞及其參與的回路如何編碼動(dòng)物的行為。因此，該圖譜揭示了即使環(huán)境條件發(fā)生變化，線蟲大腦如何產(chǎn)生復(fù)雜而靈活的行為的潛在“邏輯”。
“這項(xiàng)研究提供了動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)如何組織以控制行為的全球地圖，”麻省理工學(xué)院大腦和認(rèn)知科學(xué)系副教授、資深作者史蒂文·弗拉維爾(Steven Flavell)說(shuō)。“它顯示了構(gòu)成動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)的許多定義節(jié)點(diǎn)如何編碼精確的行為特征，以及這如何取決于動(dòng)物最近的經(jīng)歷和當(dāng)前狀態(tài)等因素。”
研究生 Jungsoo Kim 和 Adam Atanas 是該研究的共同主要作者，他們今年春天因這項(xiàng)研究獲得了博士學(xué)位。他們還在一個(gè)名為WormWideWeb 的網(wǎng)站上向其他研究人員免費(fèi)提供所有數(shù)據(jù)以及模型和圖集的結(jié)果。
顯微鏡到模型
為了進(jìn)行開發(fā)模型所需的測(cè)量，弗拉維爾的實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了一種新的顯微鏡和軟件系統(tǒng)，可以自動(dòng)跟蹤線蟲的幾乎所有行為(運(yùn)動(dòng)、進(jìn)食、睡眠、產(chǎn)卵等)以及其內(nèi)部每個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。頭部(細(xì)胞被設(shè)計(jì)為當(dāng)鈣離子積聚時(shí)閃爍)。
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