為了了解大腦活動和行為之間的完整關系，科學家們需要一種方法來繪制整個大腦中所有神經(jīng)元的這種關系——這是迄今為止無法克服的挑戰(zhàn)。但在為此目的發(fā)明了新技術(shù)和方法之后，麻省理工學院皮考爾學習與記憶研究所的一組科學家對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)元進行了嚴格的計算，繪制出它是如何腦細胞編碼幾乎所有的基本行為，例如運動和進食。
在《細胞》雜志上，研究小組提出了新的全腦記錄和數(shù)學模型，可以準確預測神經(jīng)元代表蠕蟲行為的多種方式。研究小組將該模型專門應用于每個細胞，制作了一個圖譜，顯示大多數(shù)細胞及其參與的回路如何編碼動物的行為。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)生復雜而靈活的行為的潛在“邏輯”。
“這項研究提供了動物神經(jīng)系統(tǒng)如何組織以控制行為的全球地圖，”麻省理工學院大腦和認知科學系副教授、資深作者史蒂文·弗拉維爾(Steven Flavell)說。“它顯示了構(gòu)成動物神經(jīng)系統(tǒng)的許多定義節(jié)點如何編碼精確的行為特征，以及這如何取決于動物最近的經(jīng)歷和當前狀態(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研究獲得了博士學位。他們還在一個名為WormWideWeb 的網(wǎng)站上向其他研究人員免費提供所有數(shù)據(jù)以及模型和圖集的結(jié)果。
顯微鏡到模型
為了進行開發(fā)模型所需的測量，弗拉維爾的實驗室發(fā)明了一種新的顯微鏡和軟件系統(tǒng)，可以自動跟蹤線蟲的幾乎所有行為(運動、進食、睡眠、產(chǎn)卵等)以及其內(nèi)部每個神經(jīng)元的活動。頭部(細胞被設計為當鈣離子積聚時閃爍)。
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