根據(jù)芝加哥大學(xué)的最新研究，蒼蠅可以預(yù)測(cè)其視覺(jué)環(huán)境的變化，從而執(zhí)行規(guī)避動(dòng)作。這種依賴于預(yù)測(cè)信息來(lái)指導(dǎo)行為的建議表明，預(yù)測(cè)可能是動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)在支持快速行為改變方面的普遍特征。該研究于5月20日發(fā)表在《PLOS計(jì)算生物學(xué)》上。
動(dòng)物使用其感覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)獲取有關(guān)其環(huán)境的信息，然后根據(jù)所檢測(cè)到的東西進(jìn)行某些行為。但是，神經(jīng)系統(tǒng)需要花費(fèi)一些時(shí)間來(lái)處理此感官信息，這意味著在以前的信息已被完全處理之前，環(huán)境可能會(huì)發(fā)生變化。
UChicago的有機(jī)生物學(xué)與解剖學(xué)副教授Stephanie Palmer博士說(shuō)：“這對(duì)捕食者/獵物相互作用非常重要。”“對(duì)于一只蒼蠅來(lái)說(shuō)，一切都想吃掉你，而你想避免被吃掉。但是，蒼蠅的環(huán)境正在迅速變化，它們的神經(jīng)元也遲鈍了。我們想研究蒼蠅如何執(zhí)行快速的躲避行為。避免在尚未處理來(lái)自其感官系統(tǒng)的持續(xù)反饋時(shí)被掠食者吃掉。”
為了回答這個(gè)問(wèn)題，研究人員采取了高度跨學(xué)科的方法。帕爾默說(shuō)：“這是一個(gè)在開(kāi)放科學(xué)共享的新時(shí)代誕生的項(xiàng)目。”“我們能夠獲得另一組人的精確行為記錄，并將其用于理論上的計(jì)算神經(jīng)科學(xué)問(wèn)題：果蠅的視覺(jué)系統(tǒng)是否使用對(duì)威脅的初步檢測(cè)做出預(yù)測(cè)，該威脅可能會(huì)在處理其他反饋時(shí)跨越時(shí)滯時(shí)間當(dāng)蒼蠅開(kāi)始逃避行為時(shí)?”
第一作者王思偉博士(帕爾默小組的博士后研究人員)的先前工作著眼于理論模型，該理論模型說(shuō)明了飛行視覺(jué)系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)編碼如何工作。Wang說(shuō)：“我對(duì)如何將這些思想擴(kuò)展到預(yù)測(cè)上有了想法，這項(xiàng)研究使我能夠?qū)⒛Ｐ团c現(xiàn)實(shí)生活中的行為數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以檢驗(yàn)我的理論。”
使用飛行視覺(jué)系統(tǒng)中神經(jīng)元之間的連通性的詳細(xì)圖表，研究人員對(duì)視覺(jué)反應(yīng)進(jìn)行了模擬，當(dāng)它們輸入之前記錄的行為數(shù)據(jù)集時(shí)。帕爾默說(shuō)：“我們比較了最佳預(yù)測(cè)的外觀和果蠅的預(yù)測(cè)的外觀，然后我們打開(kāi)了模擬以試圖確定哪些部分對(duì)做出這些預(yù)測(cè)最重要。”
作者首先發(fā)現(xiàn)，有關(guān)果蠅視覺(jué)世界的感官數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)信息瓶頸，在果蠅的大腦中，一些感官數(shù)據(jù)被拋棄??了，因?yàn)樗鼈兏緵](méi)有足夠的計(jì)算能力來(lái)處理其所吸收的信息量。但是，果蠅不能隨意丟棄視覺(jué)信息，因?yàn)槠渲心承┬畔⒖赡軐?duì)做出預(yù)測(cè)有用。
作者確定了稱(chēng)為軸突間隙連接的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是連接神經(jīng)元的物理通道，它介導(dǎo)此信息瓶頸的最佳形式，對(duì)于過(guò)濾掉不必要的信息和保留必要的信息以進(jìn)行預(yù)測(cè)至關(guān)重要。
研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，參與預(yù)測(cè)的這些垂直運(yùn)動(dòng)感覺(jué)神經(jīng)元的亞群是獨(dú)特的，因?yàn)樗仓苯优c蒼蠅的飛行操縱神經(jīng)元相連。這表明負(fù)責(zé)控制果蠅行為的神經(jīng)元直接從負(fù)責(zé)做出果蠅環(huán)境預(yù)測(cè)的神經(jīng)元輸入。這種直接聯(lián)系可以解釋蒼蠅所做的預(yù)測(cè)如何能夠快速影響其行為。
標(biāo)簽： 蒼蠅
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