神經(jīng)科學家探索自我保護的風險業(yè)務(wù)

所有動物的關(guān)鍵生存決定是何時，何地以及如何擺脫迫在眉睫的威脅。使用多神經(jīng)元成像的西北大學研究小組已經(jīng)了解到獵物的逃避反應(yīng)比以前認為的更加微妙。在一項關(guān)于幼蟲斑馬魚的研究中，研究人員首先發(fā)現(xiàn)動物天生的逃避反應(yīng)結(jié)合了接近捕食者的速度 - 威脅的緊迫性 - 而不僅僅是捕食者在計算如何最好逃離時的接近程度。

在新的研究之前，逃避行為被認為是由接近閾值驅(qū)動的，其中任何在一定距離內(nèi)的東西觸發(fā)逃逸。然而，西北大學的研究小組發(fā)現(xiàn)，捕食者接近率較低時，幼蟲斑馬魚的逃逸速度最快;相反，不同的電路產(chǎn)生更延遲和可變的逃逸行為。

通過將獵物的神經(jīng)逃逸反應(yīng)歸因于捕食者的速度以及接近的接近度，研究團隊發(fā)現(xiàn)了新的信息，可以幫助科學家了解促進最基本的自我保護本能的神經(jīng)機制。結(jié)果將于9月7日由Current Biology期刊在線發(fā)表。該研究將出現(xiàn)在9月25日的印刷版中。

研究作者之一馬爾科姆·麥克維爾說：“將捕食者的逃避決定完全基于掠食者接近的一個潛在問題是它不能區(qū)分快速接近的捕食者和接近緩慢接近的捕食者。”“我們的工作有助于理解神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部的基本權(quán)衡：是否能夠快速啟動更具可預(yù)測性的罐裝，不靈活行為或延遲響應(yīng)以計算更難以預(yù)測的更多變量行為。”

MacIver是McCormick工程學院的生物醫(yī)學工程和機械工程教授。

為了研究逃逸反應(yīng)的神經(jīng)基礎(chǔ)，MacIver，David L. McLean教授和生物醫(yī)學工程博士候選人Kiran Bhattacharyya(第一作者)選擇了幼蟲斑馬魚。這種動物是透明的，允許研究人員對整組神經(jīng)元進行成像，同時觀察動物的運動。

Weinberg藝術(shù)與科學學院的神經(jīng)生物學副教授，研究作者麥克萊恩說：“我們可以看到大腦隨著動物的行為而活躍起來。”“研究斑馬魚等模式生物有助于我們了解大腦如何產(chǎn)生多種行為。對刺激進行適當?shù)姆磻?yīng)是所有動物(包括人類)大腦的基本工作，這是我們想要了解的。 “

McLean和MacIver的技術(shù)專長是互補的，他們在神經(jīng)科學研究方面已經(jīng)合作了近十年。

“似乎動物正在評估風險，如果接近捕食者的速度超過一定水平，那么獵物就會盡可能快地離開道奇，”MacIver說。“如果捕食者來得更慢，獵物有更多選擇，有更多時間來決定選擇。”

利用多神經(jīng)元成像同時記錄逃逸行為的高速視頻，研究人員已經(jīng)證明，威脅接近的速度設(shè)定了部署特殊高速逃逸機制的可能性(由稱為Mauthner細胞的特殊神經(jīng)元發(fā)射) )。隨著捕食者接近率的增加，部署這種特殊逃逸機制的可能性也在增加。

特殊逃逸機制的優(yōu)點是響應(yīng)盡可能快地發(fā)生，但缺點是移動是高度可預(yù)測的，這允許某些捕食者“破解”電路并誘使獵物直接進入捕食者的嘴。在較低的接近速率下，沒有部署特殊的逃逸電路(Mauthner電池不會發(fā)射)，并且隨后會出現(xiàn)更多變化的，盡管延遲的逃逸行為。

“我們的研究結(jié)果表明，這些簡單的魚正在校準他們對威脅感知風險的反應(yīng)，”麥克萊恩說。“在我們采取行動之前，我們自己的大腦是從魚類進化而來衡量許多變量?，F(xiàn)在我們知道魚類正在關(guān)注什么，我們可以開始探索控制這一基本過程的神經(jīng)計算。”

MacIver說，雖然魚類和兩棲動物為緊急威脅部署的特殊高速逃生回路在爬行動物，鳥類和哺乳動物等全陸地動物中消失，但其他高變異性環(huán)路仍然存在。當動物從水中出現(xiàn)并開始棲息于土地時，它們的視覺范圍急劇增加，允許使用這種替代電路表達更多變化的行為。

該論文的標題是“幼蟲斑馬魚的視覺威脅評估和校準反應(yīng)的網(wǎng)狀脊髓編碼”。

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