北京
研究人员发现，电突触过滤动物的感觉信号，使特定情境的决策成为可能 —— 这一发现对神经科学具有广泛的意义。
耶鲁大学和康涅狄格大学的科学家在了解动物大脑如何做出决定方面取得了重大突破。他们的研究强调了电突触在“过滤”感觉信息中的关键作用。
发表在《细胞》（Cell）杂志上的这项研究表明，一种特殊的电突触安排使动物能够根据环境做出适当的决定，即使它们遇到类似的感觉信号。
动物的大脑不断受到感官信息的轰炸 —— 视觉、声音、气味等等。科学家们说，要理解这些信息，需要一个复杂的过滤系统，它能专注于相关细节，并使动物能够采取相应的行动。这样的过滤系统并不是简单地屏蔽“噪音” —— 它会根据情况主动地对信息进行优先排序。专注于某些感官信息并部署特定情境的行为被称为“行动选择”。
蠕虫模型：秀丽隐杆线虫和温度导航
耶鲁大学领导的这项研究聚焦于一种蠕虫，秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans），令人惊讶的是，它为理解行为选择的神经机制提供了一个强大的模型。秀丽隐杆线虫可以学会喜欢特定的温度；当处于温度梯度时，它使用一种简单而有效的策略来导航到它喜欢的温度。
蠕虫首先沿着梯度移动到它们喜欢的温度（一种称为“梯度迁移”的行为），一旦它们确定了更适合它们的温度条件，它们就会跟踪温度，这使它们能够保持在它们喜欢的范围内（一种称为“等温跟踪”的行为）。蠕虫还可以以特定于环境的方式执行这些行为，当它们远离首选温度时部署梯度迁移，当它们接近首选温度时部署等温跟踪。
但是它们如何能够在正确的环境中执行正确的行为呢？
在这项新研究中，研究人员调查了神经元细胞之间的一种特殊类型的连接，称为电突触，它不同于被广泛研究的化学突触。他们发现，这些电突触由一种名为INX-1的蛋白质介导，连接了一对特定的神经元（AIY神经元），这些神经元负责控制蠕虫的运动决策。
耶鲁大学医学院神经科学和细胞生物学教授、该研究的通讯作者丹尼尔Colón-Ramos说：“改变一对细胞中的这种电通道可以改变动物的选择。”
研究小组发现，这些电突触不仅仅是传递信号，它们还起到了“过滤器”的作用。在具有正常INX-1功能的蠕虫中，电连接有效地抑制了来自热感觉神经元的信号，使蠕虫忽略了微弱的温度变化，而专注于温度梯度中经历的较大变化。这确保了蠕虫能够有效地穿过梯度，朝着它们喜欢的温度移动，而不会被与环境无关的信号分散注意力，就像那些在等温轨道上经历的一样，它们在整个梯度中出现，但不在首选温度下。
电突触中断的后果
然而，在缺乏INX-1的蠕虫中，AIY神经元变得超敏感，对轻微的温度波动反应强烈得多。这种过度敏感导致蠕虫对这些小信号做出反应，将动物困在不是它们喜欢的温度等温线中。在不正确的环境中，这种对等温线的异常跟踪会对蠕虫沿着温度梯度向它们喜欢的温度移动的能力产生不利影响。
Colón-Ramos说：“这就像看着一只困惑的鸟伸开腿飞翔。鸟类通常在着陆前伸展腿，但如果鸟类在不正确的环境中伸展腿，将不利于其正常行为和目标。”
由于从蠕虫到人类的许多动物的神经系统中都发现了电突触，因此这些发现的重大意义超出了蠕虫的行为。
Colón-Ramos说：“科学家将能够利用这些信息来研究单个神经元之间的关系如何改变动物对环境的感知和反应。”“虽然行动选择的具体细节可能会有所不同，但电突触在耦合神经元以改变对感觉信息的反应中的作用的基本原理可能是普遍存在的。”
“例如，在我们的视网膜中，一组被称为‘无长突细胞’的神经元在我们的眼睛适应光线变化时，使用类似的电突触结构来调节视觉敏感性。”
突触结构是动物处理感觉信息并做出反应的核心，新研究发现的结果表明，电突触的结构在调节神经系统如何处理特定环境的感觉信息以指导动物的感知和行为方面起着至关重要的作用。
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