观察感官信息转化为行为
这仍然是神经科学中最基本的问题之一:动物触摸、味觉、嗅觉、视觉和听觉的感官信息是如何转化为行为的?
一种最先进的显微镜可以让科学家们实时观察动物的大脑，它可能会提供答案。
该显微镜由物理学教授Aravinthan Samuel实验室的博士后Vivek Venkatachalam与博士后Ni Ji、马萨诸塞大学伍斯特分校的Mark Alkema教授和多伦多大学前拉德克利夫学院的Mei Zhen教授合作建造，可以捕捉所有生物的3d图像神经活动微小透明的秀丽隐杆线虫爬行时的大脑中。
该显微镜在最近发表在美国国家科学院院刊．
塞缪尔说:“我们需要一种工具来描述动物的整个感觉外围以及反映决策的运动动力学。”“这个工具，结合其他技术，包括行为分析、神经遗传学和连接组学，将使我们能够做一些真正全面的事情。”
塞缪尔说，那就是每秒记录10次每个神经元的精确位置和活动，并将这些数据与神经“接线图”联系起来。
“我们长期以来一直在记录蠕虫的行为，但我们和其他人得出的结论是，如果你想获得与生理相关的神经活动模式，你必须观察神经元在一个行为正常的动物体内，”塞缪尔解释道。“只有在这种情况下，所有的反馈循环才完整，行为输出调节神经活动，反过来，神经活动塑造行为。”
尽管其他动物的大脑可以成像——类似的技术过去曾用于斑马鱼幼虫——但其他物种的整个神经系统接线图还没有被绘制出来。
塞缪尔说:“我们从20世纪80年代就有了蠕虫接线图，以及Mei Zhen、Jeff Lichtman、我们和其他人的实验室绘制的新的接线图，我们可以找出哪些神经元与感官输入相关，哪些与运动输出相关，哪些与不同类型的决定相关。”“我们现在可以为许多行为绘制完整的结构和功能电路。”
然而，捕捉大脑中所有的神经活动说起来容易做起来难。
为了实现这一目标，Venkatachalam制作了一个复杂的显微镜，它不仅可以跟踪蠕虫的运动，还可以捕捉到所有大脑神经元的三维图像
“我们正在做的就是捕捉这些体积，并试图找出神经元在这个体积中的位置，”他说。“每一帧的神经元位置都略有不同，因为蠕虫在爬行时会扭曲自己……所以我们编写了一种软件，可以跟踪这些神经元的位置。”
然后，研究人员使用荧光标记提取神经元的活动，并确定哪些神经通路是活跃的。通过蠕虫爬行的简单模型，研究人员还重建了蠕虫的姿势，使他们能够将特定的神经活动模式与运动联系起来。
Venkatachalam说:“如果不长期研究这种姿势，我们就无法将大脑活动与蠕虫的行为联系起来。”“这有助于我们全面了解大脑活动是如何控制行为的，也让我们可以说，我们理解了这种蠕虫的整个行为。”
塞缪尔说，最终，显微镜将被用于研究神经科学的广泛问题。新的工具补充并利用了蠕虫中已有的广泛的强大工具和知识。这反映在这项研究是如何从Samuel、Zhen和Alkema实验室与其他线虫专家的广泛合作中产生的，这些专家包括加州大学圣地亚哥分校的Andrew D. Chisholm和伍斯特理工学院的Jagan Srinivasan。未来蠕虫神经科学许多领域的合作前景是诱人的。
塞缪尔说:“我们现在可以把秀丽隐杆线虫作为系统神经科学的一个模型。”“我们可以观察大量神经元是如何相互作用的，以及它们如何处理动物体内的信息，通过动物体内的每个突触，我们知道哪个神经元与哪个神经元相连。”
塞缪尔说，有一天，研究人员可能能够监测蠕虫从出生到成年的所有神经活动，以努力了解行为成熟的功能和结构基础。
塞缪尔说:“结合神经系统的分子和细胞分析、结构分析和生理分析……以及蠕虫及其行为，我们可以同时使用所有这些工具。”“这是我们所期待的。”
本故事由哈佛大学报》哈佛大学的官方报纸。更多大学新闻，请访问Harvard.edu．
