当我们试图闭着眼睛走直线时,向前走几步后,我们不可避免地会偏离预定的路径。但不知何故,我们的大脑知道它——感觉到它——并使我们或多或少地纠正这种偏差错误。为此,我们决定在迈出下一步时让我们的身体向偏差的另一侧移动。
在过去的几年里,阿根廷神经科学家 Eugenia Chiappe、Champalimaud 基金会感觉运动整合实验室的首席研究员和她的团队所做的研究使这些研究人员在果蝇中获得了初步结果,这表明上述描述也符合这些小昆虫在试图走直线时大脑中发生的情况。问题是他们的神经系统是如何做到的。为了进一步研究这个问题,他们现在已经获得了 ERC(欧洲研究委员会)为期五年的近 200 万欧元的 Consolidator Grant。
这项研究不仅对理解人类运动行为障碍的神经基础有影响,而且对制造能够更好地应对不可预测环境的机器人也有影响。
为了研究果蝇的运动,该团队开发了一种特殊的实验装置,将果蝇置于虚拟现实系统中,让它们自由行走。
因此,他们发现(当时也在 ERC 资助的帮助下,通过启动补助金)当目标是在光照或黑暗条件下探索新环境时,苍蝇的运动非常有条理。通过这种设置,“当时我们实验室的博士生 Tomás Cruz 研究了苍蝇如何探索新环境”,Chiappe 解释说。“他观察到苍蝇沿直线前进,然后在某个点转弯,改变方向。” 他们称这种情况为“扫视”。换句话说,在这些条件下,苍蝇的探索性行走是一系列交替的直线和扫视。
还有更多:“我们发现,在最初的实验中,眼跳的方向和振幅与在眼跳之前积累的直线偏差的大小和方向之间似乎存在某种关系”,她补充道. 她进一步指出,这表明“果蝇的大脑知道果蝇的身体正在发生偏差,并且有能力估计偏差误差”。现在,在新资金的帮助下,该团队的目标之一是在神经层面上理解这种能力的来源。
但这还不是全部。他们还想了解苍蝇是如何根据大脑的错误估计计算来决定以某种方式转向来纠正错误的。
“在另一项初步研究中,我们还发现,某些从昆虫脊髓接收信号的神经元群对于这一决策过程至关重要,因为当它们[通过遗传技术]沉默时,偏差与偏差之间的关系错误以及果蝇下一次扫视的幅度和方向都会丢失”,Chiappe 说。
因此,研究人员还有第二个研究目标:再次在神经层面上了解苍蝇如何在整合大脑提供的有关其错误的信息后,做出关于其下一轮的决定以纠正该错误。
“我们对生物体如何整合来自本体感觉(身体不同部位的感觉)、视觉世界以及与运动有关的其他内部信号的信息知之甚少,”Chiappe 说。
这项研究并不容易,因为其中的过程非常复杂。但 Chiappe 说,果蝇是一个理想的研究模型,尤其是它的神经系统。苍蝇的神经系统大约有 250,000 个神经元(包括大脑和脊髓),足够紧凑,同时也足够复杂。由于最近的发展,它现在可以精确地在全球范围内绘制(连同它的连接),以允许“剖析”它与当今先进技术(如光遗传学)一起工作的方式。
ERC Grants 自 2007 年以来一直存在,用于资助前沿研究。欧盟委员会在其网页上表示,合并补助金“旨在支持处于职业生涯阶段的优秀首席调查员,他们可能仍在合并自己的独立研究团队或项目” 。
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