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        研究揭示了秀麗隱桿線蟲大腦中的微觀謎團
        
			
        
				2019-03-14 11:03:37
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        這是制作大局的小件，在這種情況下，肉眼無法看到這些碎片。沖繩科學技術研究生院(OIST)的新研究使用顯微鏡技術將毫米長的秀麗隱桿線蟲的大腦拼湊在一起，揭示他們的神經(jīng)元會激發(fā)動作電位 - 由于神經(jīng)元傳遞感覺信息而產(chǎn)生的電壓尖峰細胞膜。他們的結果可以更好地理解神經(jīng)信號如何在生物體內(nèi)傳播，并作為其他動物(包括人類)神經(jīng)元信息處理的未來模型。
        

        研究揭示了秀麗隱桿線蟲大腦中的微觀謎團
        

        來自OIST的信息處理生物學部(IPBU)和神經(jīng)生物學研究部(NRU)的科學家們合作完成了該項目。IPBU擁有遺傳修飾秀麗隱桿線蟲的技術，而NRU擁有記錄蠕蟲微小神經(jīng)元電信號的專有技術。雖然人們普遍認為缺乏射擊動作電位的能力 - 決策所需的全部或全部脈沖 - IPBU首席研究員Ichiro Maruyama教授的結果表明蠕蟲的神經(jīng)元確實發(fā)揮了動作電位。為了證實他的懷疑，他想要使用電生理學進一步的數(shù)據(jù)，他的實驗室并沒有積極地做，因此他與NRU的負責人Jeff Wickens教授和研究人員Tomomi和Mayumi Shindou分享了他的想法。
        

        七年后，合作得到了回報; 完成的研究發(fā)表于2019年3月5日的科學報告。在該項目之前，人們普遍認為秀麗隱桿線蟲神經(jīng)元僅以分級方式對模擬信號作出反應。然而，這項工作表明，如果神經(jīng)元越過閾值(一種更數(shù)字化的信號類型)，它們就會激發(fā)動作電位。
        

        “這篇論文顯示的主要內(nèi)容是我們研究的神經(jīng)元可以激發(fā)動作電位，”威肯斯說。“現(xiàn)在C.elegans神經(jīng)元具有主動和被動傳遞，因此所有這些機制對于感覺處理都是必不可少的，即使在最小的神經(jīng)元中也是如此。”
        

        為了觀察秀麗隱桿線蟲的感官處理，Maruyama和他的團隊將鹽施加到蠕蟲鼻尖上。它們增加和減少鹽濃度，尋找蠕蟲的不同反應并監(jiān)測其神經(jīng)元的電活性。他們發(fā)現(xiàn)鹽的增加首先影響了大腦左側的神經(jīng)元，然后觸發(fā)了導致蠕蟲向前移動的信號。減少導致右側的神經(jīng)元發(fā)送蠕蟲向后移動的信號。
        

        “這對神經(jīng)元具有相同的結構和名稱，但完全相反的功能，”Maruyama說。“將這兩個神經(jīng)元一起使用對于蠕蟲到達鹽濃度較高的地方非常有效。”
        

        制定微觀方法
        

        對秀麗隱桿線蟲進行研究提出了一個挑戰(zhàn) - 要了解秀麗隱桿線蟲的大腦有多小，他們有302個神經(jīng)元，一只螞蟻有250,000只，一只老鼠有7500萬只。Wickens將他的前博士后和該論文的第一作者Tomomi Shindou博士負責開發(fā)該項目的方法論。這項工作需要時間 - 四年的試驗和錯誤來創(chuàng)建正確的技術，另外三年用于收集數(shù)據(jù)。
        

        NRU創(chuàng)造了一個小于千分尺的尖銳玻璃針。一旦它暴露在鹽中以觀察神經(jīng)元，他們就用針從秀麗隱桿線蟲中提取腦細胞。這種方法就像用鑷子從手指中提取碎片一樣。
        

        “世界上只有少數(shù)幾個實驗室可以做到這一點，”丸山說。“一旦細胞被提取出來，科學家就會使用電生理學 - 測量細胞中的電壓變化來跟蹤觀察主動和被動激活的神經(jīng)元。科學家們還使用鈣成像來產(chǎn)生更多數(shù)據(jù)，并觀察到暴露在鹽中的自由移動的蠕蟲。
        

        “你可以在一個特定的神經(jīng)元中表達一種鈣傳感蛋白 - 如果神經(jīng)元被激活它會點亮，”丸山說。“一旦神經(jīng)元被激活，它們就會產(chǎn)生綠色熒光，現(xiàn)在你用熒光顯微鏡檢測神經(jīng)元的活動。這兩個測試的數(shù)據(jù)非常匹配。”
        

        “完美匹配的數(shù)據(jù)”是每個研究人員都希望聽到的一句話。結果表明，公認的教條 - 這些蠕蟲只發(fā)送被動信號 - 是錯誤的。這一顯著的發(fā)現(xiàn)也為未來改進的神經(jīng)映射打開了一扇大門。
        

        “每個秀麗隱桿線蟲都以相同的方式連接相同的一組神經(jīng)元，不像小鼠大腦是一個連接的叢林，”威肯斯說。“如果我們能夠更好地了解這個簡單的神經(jīng)系統(tǒng)，我們有一種電路圖，我們可以深入了解更復雜的大腦如何運作。”
        
			

			
          
        
			
        
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