新神經(jīng)回路模式影響線蟲(chóng)的抉擇

 近日，《自然—通訊》雜志在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所徐濤課題組的新研究成果：感覺(jué)信號(hào)調(diào)控線蟲(chóng)進(jìn)食行為的中樞翻轉(zhuǎn)回路解析。該研究在秀麗隱桿線蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)了一種新的調(diào)控線蟲(chóng)抉擇行為的神經(jīng)回路模式。

當(dāng)面臨兩難局面時(shí)，人或高等動(dòng)物能權(quán)衡利弊，作出有利的選擇。在這個(gè)過(guò)程中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)整合不同甚至完全相反的感覺(jué)輸入信號(hào)，決定生物個(gè)體行為抉擇。感覺(jué)輸入信號(hào)的整合對(duì)生物的生存至關(guān)重要，但其背后的分子機(jī)制仍不清楚。

線蟲(chóng)具有神經(jīng)系統(tǒng)組成相對(duì)簡(jiǎn)單（共118類、302個(gè)神經(jīng)元）和遺傳操作便捷的優(yōu)勢(shì)。徐濤課題組在研究中發(fā)現(xiàn)，線蟲(chóng)可以用來(lái)研究相互拮抗的感覺(jué)輸入是如何終影響個(gè)體行為抉擇的。

他們采用兩種化學(xué)物質(zhì)——雙乙酰酮和奎寧來(lái)同時(shí)刺激線蟲(chóng)。這兩種物質(zhì)分別通過(guò)線蟲(chóng)的嗅覺(jué)和味覺(jué)通路輸入，對(duì)線蟲(chóng)進(jìn)食行為的影響恰好相反：雙乙酰酮增加進(jìn)食，奎寧抑制進(jìn)食。

結(jié)合遺傳學(xué)方法及活體鈣成像技術(shù)，研究人員證實(shí)，兩路跨模態(tài)的感覺(jué)輸入的整合具有“勝者全得”的特性，其產(chǎn)生的機(jī)制依賴線蟲(chóng)咽部神經(jīng)元NSM和咽外神經(jīng)元RIM/RIC組成的一個(gè)相互抑制的中樞神經(jīng)回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

研究人員進(jìn)而鑒定了介導(dǎo)互相抑制的分子回路。這樣一種中樞的整合機(jī)制非常類似電子線路中的翻轉(zhuǎn)電路，可以保證較強(qiáng)的輸入信號(hào)得到放大而使微小的信號(hào)得到過(guò)濾，從而使線蟲(chóng)的行為輸出具有穩(wěn)定性。