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线虫简单神经系统中神经元具有惊人复杂性

核心提示:小而透明的秀丽隐杆线虫Caenorhabditis elegans只有302个神经元,长期被用于研究神经系统将感知转化为行动的机制。近日,哈佛大学的一项新研究发现,线虫简单神经系统中有种神经元具有惊人的复杂性。文章于十一月二十一日发表在Cell旗下的Neuron杂志上。

  【中国生物产业网www.cnbioindustry.cn】2012年11月22日讯  小而透明的秀丽隐杆线虫Caenorhabditis elegans只有302个神经元,长期被用于研究神经系统将感知转化为行动的机制。近日,哈佛大学的一项新研究发现,线虫简单神经系统中有种神经元具有惊人的复杂性。文章于十一月二十一日发表在Cell旗下的Neuron杂志上。

  研究显示这种线虫神经索(相当于线虫的脊髓)中的一类神经元既具有感知功能又具有运动功能。包括人在内的绝大多数生物通过不同神经元来收集感官信息和传递运动信号,而C. elegan将整个感知运动环路整合到了一种运动神经元中。

  近日,哈佛大学的一项新研究发现,线虫简单神经系统中有种神经元具有惊人的复杂性。研究显示这种线虫神经索(相当于线虫的脊髓)中的一类神经元既具有感知功能又具有运动功能,文章于十一月二十一日发表在Cell旗下的Neuron杂志上。

  “这是一种出乎所有人意料的全新回路,”文章资深作者Aravi Samuel说。研究人员发现把线虫放在潮湿环境中它们就会游泳,而将其放在平面上它们就会爬行,这使他们好奇线虫如何控制这些行为,而答案应该就在于信息的反馈。Samuel介绍到,这是一种本体感觉反馈(proprioceptive feedback),大脑通过这一过程来理解身体姿势和协调行走。而令研究者们感到疑惑的是,线虫只有302个神经元其神经系统却足以接收这样的反馈。

  为此研究人员采用了微流体设备,这种像设备由柔软的硅橡胶组成,在充入空气或液体时会改变形状。这样的设备可以单独限制线虫中部,而让其头和尾部可以自由活动。结果很明显,线虫头部可以继续运动,但尾部静止不动。

  实验很简单,但研究者们从中得到了很有用的信息,尾部是在感知身体中部的运动而运动。而这与水蛭和七鳃鳗等类似动物的运动方式大不相同。研究人员介绍道,如果限制其他动物身体中段的运动,它们的头和尾都可以独立运动。研究人员指出线虫的感知运动反射弧在体内呈链式分布,其运动从头部传导尾部。随后研究人员又强迫线虫中部弯曲,再次印证了这一理论。

  研究人员构建了含有光敏蛋白的基因工程线虫,可以通过激光控制特定细胞的激活和失活,通过这种光遗传学技术他们证实线虫运动神经元兼具感知神经元的功能。一开始,线虫尾部能够根据中部运动而弯曲,但当激光使控制该运动的神经元失活时,使线虫尾部固定在一个位置。

  研究人员指出,整个感知运动环路就位于这些神经细胞中,这一现象也印证了一条生物学界的基本规则,一个生物的神经元越少各个神经元就越“聪明”。这种反馈向人们展示了一种全新的运动控制系统,头部不需要告知身体每个部分该如何运动,只用发出一个主要命令,身体其余部分就会在感知运动环路的控制下陆续做出反应。

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编辑:Cassie.D

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