新发现的神经网络使视觉和运动电路同步

一只果蝇走在一个小泡沫聚苯乙烯球上，它被做成了一个漂浮的3D跑步机。房间完全黑暗，然而，一个记录视觉神经元的电极在果蝇的大脑中传递着一种神秘的神经活动流，像正弦波一样上升和下降。

当葡萄牙尚帕利莫基金会(Champalimaud Foundation)的神经科学家尤金尼亚·恰普(Eugenia Chiappe)第一次看到这些结果时，她预感她的团队有了一个非凡的发现。他们通过视觉神经元进行记录，但房间很暗，所以没有视觉信号它可以以那种方式驱动神经元。

“这意味着这种不寻常的活动要么是人为的，这是不太可能的，要么是来自非视觉来源，”Chiappe回忆道。“在调查并排除了干扰的可能性后，我确信:神经元忠实地跟踪着动物的步伐。”

几年后，Chiappe和她的团队在科学杂志上发表了他们的发现神经元:连接腿部和视觉系统的双向神经网络，以塑造行走方式。

“我们发现最值得注意的方面之一是，这个网络支持同时在两个不同的时间尺度上行走，”Chiappe说。“它在快速的时间尺度上运行，监测和纠正每一步，同时促进动物的行为目标。”

追踪神经“情绪”

“愿景和行动看似无关，但实际上它们紧密相连;只要在墙上选择一个点，闭上眼睛把手指放在上面就行了。”“然而，人们对这种联系的神经基础知之甚少。”

在这项研究中，研究小组重点研究了一种特定类型的视觉神经元，这种神经元已知与运动大脑区域相连。该研究的第一作者藤原Terufumi Fujiwara解释说:“我们想要识别这些神经元接收的信号，并了解它们是否以及如何参与运动。”

为了回答这些问题，藤原使用了一种称为全细胞贴片记录的强大技术，使他能够挖掘神经元的“情绪”，可以是积极的，也可以是消极的。

“神经元之间使用电流这改变了接收神经元的整体电荷。当神经元的净电荷更正时，它更有可能变得活跃，然后将信号传递给其他神经元。另一方面，如果电荷越负，神经元就越受抑制。”藤原解释道。

观察每一步

研究小组追踪了神经元的电荷，并揭示了它以一种最佳的方式与动物的步伐同步，以微调每个动作。

“当脚在空中时，神经元更积极，准备在需要时向运动区域发出调整方向。另一方面，当脚在地面上，无法进行调整时，电荷更负，有效地抑制了神经元，”Chiappe说。

保持航向

当研究小组进一步分析他们的结果时，他们注意到神经元的电荷也在更长的时间尺度上发生变化。具体来说，当苍蝇走得很快时，电荷变得越来越正电荷。

藤原说:“我们相信这种变异有助于维持动物的行为目标。”“苍蝇快速行走的时间越长，它就越有可能需要帮助来维持这一行动计划。因此，神经元变得越来越‘警觉’，并准备好被招募来进行运动控制。”

大脑并不总是主宰一切

随后进行了许多实验，对神经网络进行了更全面的描述，并证明了它与行走的直接关系。但据Chiappe说，这项研究不仅揭示了一种新的视觉-运动回路，还为研究运动的神经机制提供了一个新的视角。

“目前关于行为如何产生的观点非常‘自上而下’:大脑指挥身体。但我们的研究结果提供了一个清晰的例子，说明来自身体的信号如何有助于运动控制。虽然我们的发现是在果蝇动物模型中得出的，但我们推测类似的机制可能存在于其他生物中。速度相关的表示在探索，导航，和空间知觉她总结道:“这是许多动物，包括人类所共有的功能。”