小而透明的秀麗隱桿線蟲Caenorhabditis elegans只有302個(gè)神經(jīng)元，長期被用于研究神經(jīng)系統(tǒng)將感知轉(zhuǎn)化為行動(dòng)的機(jī)制。近日，哈佛大學(xué)的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，線蟲簡(jiǎn)單神經(jīng)系統(tǒng)中有種神經(jīng)元具有驚人的復(fù)雜性。文章于十一月二十一日發(fā)表在Cell旗下的Neuron雜志上。

研究顯示這種線蟲神經(jīng)索（相當(dāng)于線蟲的脊髓）中的一類神經(jīng)元既具有感知功能又具有運(yùn)動(dòng)功能。包括人在內(nèi)的絕大多數(shù)生物通過不同神經(jīng)元來收集感官信息和傳遞運(yùn)動(dòng)信號(hào)，而C. elegan將整個(gè)感知運(yùn)動(dòng)環(huán)路整合到了一種運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中。

“這是一種出乎所有人意料的全新回路，”文章資深作者Aravi Samuel說。研究人員發(fā)現(xiàn)把線蟲放在潮濕環(huán)境中它們就會(huì)游泳，而將其放在平面上它們就會(huì)爬行，這使他們好奇線蟲如何控制這些行為，而答案應(yīng)該就在于信息的反饋。Samuel介紹到，這是一種本體感覺反饋（proprioceptive feedback），大腦通過這一過程來理解身體姿勢(shì)和協(xié)調(diào)行走。而令研究者們感到疑惑的是，線蟲只有302個(gè)神經(jīng)元其神經(jīng)系統(tǒng)卻足以接收這樣的反饋。

為此研究人員采用了微流體設(shè)備，這種像設(shè)備由柔軟的硅橡膠組成，在充入空氣或液體時(shí)會(huì)改變形狀。這樣的設(shè)備可以單獨(dú)限制線蟲中部，而讓其頭和尾部可以自由活動(dòng)。結(jié)果很明顯，線蟲頭部可以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，但尾部靜止不動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)很簡(jiǎn)單，但研究者們從中得到了很有用的信息，尾部是在感知身體中部的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。而這與水蛭和七鰓鰻等類似動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)方式大不相同。研究人員介紹道，如果限制其他動(dòng)物身體中段的運(yùn)動(dòng)，它們的頭和尾都可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。研究人員指出線蟲的感知運(yùn)動(dòng)反射弧在體內(nèi)呈鏈?zhǔn)椒植?，其運(yùn)動(dòng)從頭部傳導(dǎo)尾部。隨后研究人員又強(qiáng)迫線蟲中部彎曲，再次印證了這一理論。

研究人員構(gòu)建了含有光敏蛋白的基因工程線蟲，可以通過激光控制特定細(xì)胞的激活和失活，通過這種光遺傳學(xué)技術(shù)他們證實(shí)線蟲運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元兼具感知神經(jīng)元的功能。一開始，線蟲尾部能夠根據(jù)中部運(yùn)動(dòng)而彎曲，但當(dāng)激光使控制該運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)元失活時(shí)，使線蟲尾部固定在一個(gè)位置。

研究人員指出，整個(gè)感知運(yùn)動(dòng)環(huán)路就位于這些神經(jīng)細(xì)胞中，這一現(xiàn)象也印證了一條生物學(xué)界的基本規(guī)則，一個(gè)生物的神經(jīng)元越少各個(gè)神經(jīng)元就越“聰明”。這種反饋向人們展示了一種全新的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，頭部不需要告知身體每個(gè)部分該如何運(yùn)動(dòng)，只用發(fā)出一個(gè)主要命令，身體其余部分就會(huì)在感知運(yùn)動(dòng)環(huán)路的控制下陸續(xù)做出反應(yīng)。