超级苍蝇飞行模拟器帮助解开大脑中的导航

日本理研脑科学研究所的研究人员已经在苍蝇的大脑中发现了两条独立的通道，这两条通道被整合在一起，使飞行过程中能够成功导航。发表在自然神经科学这项研究将为苍蝇设计的飞行模拟器与活跃神经元成像相结合，表明在苍蝇的大脑中，地标位置与自我运动是分开处理的。

成功的导航是大多数动物生存的关键，因为它会影响寻找食物、住所和配偶的能力。这通常涉及组合多种类型的信息。正如小组负责人Hokto Kazama解释的那样，“如果动物利用地标和对去过的地方的记忆等线索来跟踪自己的位置，那么它们在寻找食物时可以节省时间。”虽然这种能力从昆虫到哺乳动物都很常见，但Kazama和许多其他科学家想知道它是如何在人类中实现的大脑．

虽然过去的研究主要集中在哺乳动物和鸟类上，但Kazama的团队采取了另一种方法。他们选择了普通的果蝇黑腹果蝇——因为尽管它的大脑更简单、更小，但它有一种惊人的能力，可以把注意力集中在水果上，避免被激怒的野餐者压扁。

但是，当苍蝇在世界上飞行时，如何研究苍蝇的大脑呢?正如第一作者Hiroshi Shiozaki所指出的:“最大的问题是，我们需要记录苍蝇在导航时的大脑活动。但是，这需要一个固定在太空中的头部，这显然妨碍了自然导航。”诀窍是设计一个专门的飞行模拟器．在这个独特的系统中，一只苍蝇的头部固定在一个位置上观看一个场景。当它扇动翅膀时，场景会相应地旋转，这就允许在虚拟空间中导航。在这个实验中，苍蝇展示了线索组合——这是一种导航的标志，动物通过结合有关视觉地标的信息和几分钟前出现的地标的记忆来决定方向。

接下来，研究小组使用双光子钙成像来研究果蝇在飞行模拟器中导航时的活动大脑。这项技术可以记录单个神经元的活动，这被证明是该团队发现的一个关键因素。钙成像显示，苍蝇大脑中被称为球的部分携带了导航所需的多种类型的信息。

仔细检查发现，在灯泡内部，信息在物理上是相互分离的。例如，一组灯泡神经元携带着地标性位置的记忆，而另一组携带着苍蝇正在进行的位置和机动的信息。“据我们所知，这是神经活动反映昆虫持续数秒的短期记忆的第一个例子，”盐崎说。

分开的球泡区域被证明是形成独立神经回路的两条独立通路的一部分。这种类型的组织可以确保许多类型的信息可以不受干扰地流动，同时最大限度地减少空间。

Shoizaki指出:“昆虫用经济的大脑有效地在环境中导航，理解这些生物学原理不仅对神经科学家领域有用，而且对正在开发小型导航机器人的工程师和机器人专家也有用。”