蠕虫中闪烁的神经元揭示了大脑如何产生行为

人脑的1000亿神经元控制我们的行为，但到目前为止还没有办法跟踪所有这些活动，通过细胞的所有活动。像FMRI这样的全脑成像技术只提供了一个模糊的动作视图，每个像素代表成千上万的神经元。

为了更清楚地了解行为是如何从生物神经网络产生的，加州大学旧金山分校的研究人员索尔·加藤博士使用了一种大脑简单得多的动物。

被称为秀丽隐杆线虫(C. elegans)的微小的透明蠕虫，体长不到一毫米，从事各种复杂的行为:逃离危险，向食物移动，感知环境中的温度、光线和化学物质，以及寻找配偶。

“他们做了所有动物所做的一切，但他们只用302神经元- 现在我们可以同时观看几乎所有的人，“UCSF威尔神经科学研究所神经内科助理教授Kato说。

加藤正在使用一种新的高分辨率全脑成像技术来观察秀丽隐杆线虫的整个神经系统是如何协同工作产生行为的。

蠕虫可以是第一种多细胞动物，用于这种完整和详细的图片神经活动可视化。

因为神经元中的电活动对应于钙离子浓度的变化，因此Kato的团队将荧光钙传感器添加到蠕虫大脑的每个神经元中。透过显微镜看，然后可以在单细胞分辨率下看看并记录一个神经活动的闪烁合唱。研究人员识别与诸如背侧和腹侧的特定行为相对应的活动模式（蠕虫侧卧)，前后爬行。

Kato说，解析神经元的闪烁活动神经元是该方法的最费力的部分，而且他们现在正在开发机器学习技术以加快这个过程。

每个蠕虫的闪烁模式都是一致的，就像蠕虫行为的代码。加藤可以通过解读蠕虫的神经活动来解码它的行为。

“即使蠕虫被困，我们也可以通过阅读其大脑活动来告诉你蠕虫正在努力做什么，”Kato说

早期的成像技术一次最多只能追踪几个神经元，这导致人们把特定的行为归因于特定的神经元。但是观察蠕虫整个大脑工作的能力揭示了即使是简单的行为也涉及整个大脑脑。KATO这个全球活动对于一个合唱，每个神经元围绕着同一个歌曲，而是略有不同的部分。

“这种合唱是一个令人惊讶的发现，”加藤说。“我们推测，这是一个信号，告诉每个神经元身体正试图做什么，这样它们就能对整个动物的功能做出有意义的贡献，就像潜艇上的水手一样。”这是神经元相互交流的一种方式。”

接下来，加藤希望研究破坏对合唱的影响行为是运动障碍和精神障碍的基础。

“这种健康系统的扰动引起疾病，”凯托说。“现在我们可以详细地观看这些功能失调的电机模式如何出现。”

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