过去的研究发现，一些动物的大脑会生成它们前进方向的表征。例如，昆虫的前进方向由其大脑中心区域(称为中央复合体)中神经元的活动表示。

慕尼黑工业大学的研究人员最近开展了一项研究，旨在识别代表斑马鱼行进方向的类似神经网络，同时揭示它们的潜在动态。他们的发现发表在NatureNeuroscience上，指出了斑马鱼前脑中的一个特定网络，该网络似乎代表了它们前进的方向。

“我实验室之前的工作揭示了一个参与决策的区域，特别是左转或右转的决定，”进行这项研究的研究人员之一鲁本葡萄牙人告诉MedicalXpress。

“这个区域，脚间核，是一个圆形结构，可以在脊椎动物大脑的中间找到。这个大脑结构的解剖学和动力学让我们想起了昆虫大脑的深层圆形结构，椭圆体，它是对导航很重要，并被证明可以代表昆虫的前进方向。”

这项最近的研究从其他研究团队之前开展的工作中汲取灵感，例如弗吉尼亚州霍华德休斯医学研究所的VivekJayaraman实验室和洛克菲勒大学的GabyMaimon实验室。这些作品确定了一个似乎代表昆虫前进方向的大脑区域。

因此，在他们的实验中，Portugues和他的同事专门在投射到这个大脑区域的斑马鱼神经元中寻找前进方向表征。

“90年代在啮齿动物中发现了航向方向神经元，但从未观察到完整的网络，我们缺乏对航向表示如何生成的理解，”Portugues解释说。“我们在这项研究中的主要目标是找到斑马鱼的前进方向网络并同时对网络的大部分进行成像。这使我们能够描述网络的特征以及它如何代表动物的前进方向。”

在他们的实验中，Portugues和他的同事使用功能成像技术检查了斑马鱼后脑中的神经元。更具体地说，他们使用自己制造的称为光片显微镜的显微镜收集图像，该显微镜可以同时对多个神经元的活动进行成像。

“我们还根据现有的电子显微镜数据集重建了该区域神经元的形态，”Portugues说。“从这个数据集中，可以检测到这些神经元在哪里发送它们的投射以及它们如何连接到网络中的其他神经元。我们的重建表明航向神经元抑制代表相反航向方向的航向神经元。这确保只有一个在任何给定时间点表示单一航向。”

自从几十年前神经科学家首次发现所谓的“前进方向神经元”的存在以来，已经引入了许多理论模型来解释这些神经元如何在网络中连接。对昆虫的研究表明理论与实验之间非常吻合，但关于脊椎动物(即具有脊椎或脊柱的动物)的前进方向网络却鲜有报道。

Portugues和他的同事率先收集了证实航向方向神经回路也存在于斑马鱼大脑中的发现。

“我们最近的工作表明脊椎动物大脑中存在这种网络，”Portugues说。“由于斑马鱼的透明度和体积小，我们可以揭示网络的结构，让我们对它的工作原理有一个机械的理解。此外，虽然昆虫和脊椎动物的大脑非常不同，但我们表明两者的航向方向系统共享许多连接模式，表明神经系统的一些结构原则在整个动物界都得到了保留。”

这组研究人员最近收集的研究结果可能很快就会为寻找其他脊椎动物(例如不同鱼类、鸟类、两栖动物、爬行动物甚至哺乳动物)大脑中前进方向的神经表征铺平道路。总的来说，这些作品可以揭示一些有趣的新亮点，说明动物关于旅行地点的决定是如何在大脑中存储或表示的。

“在我们最近的研究中，我们发现了一个编码航向方向信号的网络，”Portugues补充道。

“我们现在计划发现这种信号是如何产生的，这种信号在大脑中的传输位置以及鱼类如何利用它在环境中航行。具体来说，我们想研究当动物朝着目标航行时会发生什么;如何它正在使用航向信号，以及当该信号受损时会发生什么。”

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标签：研究大脑网络