科学家们在揭示动物大脑的决策过程方面取得了显著进展，突出了电突触在“过滤”感官信息中的重要作用。这项最新研究展示了特定的电突触排列如何使动物能够根据上下文做出适当的决策，即使在面临类似的感官输入时。
来自耶鲁大学和康涅狄格大学的研究人员在理解动物大脑如何做出选择方面取得了重要进展，突出了电突触在“过滤”感官信息中的关键作用。
根据发表在《细胞》杂志上的研究结果，特定配置的电突触使动物能够选择适合其上下文的行为，无论是遇到类似的感官提示。
动物大脑不断接触到各种感官输入，例如视觉、听觉和嗅觉。科学家们认为，解读这些信息需要一种先进的过滤机制，这种机制能够增强重要的细节并使适当的行动成为可能。这个过滤系统不仅消除了无关的噪音——它主动地根据环境优先处理信息。集中注意某些感官信息以发展上下文敏感的行为的过程称为“行动选择”。
这项研究由耶鲁大学主导，重点研究了神经虫C. elegans，这出人意料地成为理解行动选择背后的神经机制的有效模型。这些蠕虫可以被训练以偏好特定的温度，利用一种简单而有效的策略在梯度中朝着它们偏好的温度导航。
起初，蠕虫在温度梯度中向它们渴望的温度移动——这种行为被称为“梯度迁移”。一旦它们找到偏好的温度，它们会进行“等温跟踪”，允许它们保持在那个有利的温度范围内。它们还能根据上下文调整行为，当离理想温度较远时使用梯度迁移，而在靠近时则采用等温跟踪。
但是什么使它们能够在正确的上下文中执行适当的动作呢？
研究人员探讨了一种被称为电突触的独特神经元连接，这种连接不同于更常见的化学突触。他们发现，这些电突触由一种名为INX-1的蛋白质介导，连接特定的神经元（AIY神经元），负责指导蠕虫的运动决策。
耶鲁大学医学院神经科学与细胞生物学的Dorys McConnell Duberg教授Daniel Colón-Ramos表示：“仅仅修改一对神经元的电连接就可以改变动物的行为。”
研究结果显示，这些电突触不仅传递信号，还充当“过滤器”。在正常INX-1功能的蠕虫中，电连接有效地减弱了来自热感受器神经元的信号，使蠕虫能够忽视微小的温度变化，专注于梯度中的重要变化。通过这种方式，蠕虫能够有效地穿过梯度，朝向它们偏好的温度，而不被梯度中存在的等温轨迹的无关信号所干扰。
相比之下，缺乏INX-1的蠕虫在它们的AIY神经元中表现出超敏感，过度反应于小温度变化。这种增强的敏感性可能导致蠕虫对这些微小提示作出反应，使它们被困在与其偏好温度不符的等温线上。这种错误的行为影响了它们向梯度中选择温度的能力。
Colón-Ramos说：“这就像看到一只迷失方向的鸟试图在伸展的腿上着陆。鸟通常在着陆前伸展它们的腿，但如果它们不恰当地这样做，可能会妨碍它们的自然行为和目标。”
考虑到电突触存在于从蠕虫到人类的各种动物的神经系统中，这些发现有广泛的影响，超出了仅仅是蠕虫行为的范围。
Colón-Ramos指出：“这项研究将使科学家能够研究单个神经元之间的关系如何影响动物对周围环境的感知以及其反应。尽管行动选择的具体内容可能不同，但电突触如何影响神经元相互作用以塑造感官反应的基本概念可能具有广泛适用性。”
“例如，在我们的视网膜中，一种被称为‘阿马克琳细胞’的神经元使用类似的电突触排列来调整视力敏感度，当我们的眼睛适应光线变化时。”
突触配置对动物如何解释感官信息并做出反应至关重要，而这项新研究的结果表明，电突触配置在调节神经系统处理与上下文相关的感官数据以指导动物的感知和行为中至关重要。
Colón-Ramos还担任耶鲁大学吴蔡研究所的副所长，致力于认知研究。
这项研究的共同首席作者包括耶鲁大学的Agustin Almoril-Porras和Ana Calvo，耶鲁大学的Jonathan Beagan、Malcom Díaz Garcia、Josh Hawk、Ahmad Aljobeh、Elias Wisdom和Ivy Ren，以及康涅狄格大学的Longgang Niu和Zhao-Wen Wang。
这项研究得到了美国国立卫生研究院、国家科学基金会和霍华德休斯医学研究所学者奖的支持。
