盐浓度、线虫和自动驾驶

　　

由东京大学的Ayaka Matsumoto和Yuichi Iino领导的联合研究表明，盐浓度的暂时降低只会导致线虫颈部运动神经元在其活动的特定阶段被激活。这种激活调节了线虫向高盐浓度方向运动的轨迹。这一发现确定了线虫整合感觉和运动信息的神经机制，这是了解更复杂动物导航神经机制的第一步。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

人类文明花了数千年的时间集中精力制造(某种程度上)自动驾驶汽车。然而，即使是最简单的动物也能整合有关环境的感官信息，并相应地调整自己的动作。因此，感觉信息和运动控制的整合是生物学家可以解决的最基本的问题之一。这正是研究小组决定使用一种叫做秀丽隐杆线虫的线虫进行的研究。秀丽隐杆线虫总共有302个神经元，这使得操纵和观察单个神经元的影响变得容易。

该论文的第一作者Matsumoto解释说:“线虫以缓慢弯曲的方式向盐浓度较高的地区移动。”为了控制这种弯曲行为，线虫需要检测垂直于它们运动路径的盐浓度。然而，它们只有一个单点“传感器”，这使得它们不可能探测到太空中的盐浓度。因此，线虫必须处理盐浓度的时间变化来识别首选的一面。

为了研究这一假设，研究小组使用了一种“头部摆动芯片”，这是一种允许蠕虫自由移动头部的微小设备。然后，研究人员观察了“夹”在这个装置中的动物对盐浓度增加或减少的反应。

线虫通过收缩身体长轴上的肌肉来移动。因此，他们的头在腹部(腹侧)和背部(背侧)的方向之间来回摆动，最终向他们想要去的方向弯曲。在这里，研究人员发现，盐浓度的降低只在其活动的特定阶段激活背颈神经元SMBD，其活动与颈部摆动密切相关。SMBD在盐浓度降低时的激活与颈部向腹侧弯曲的时间一致。这表明SMBD检测到身体腹侧较低的盐浓度。此外，研究小组发现，在颈部向腹侧弯曲期间，SMBD的人工激活使随后的腹侧颈部弯曲变浅。结合他们的结果，研究小组推断SMBD不仅在检测盐浓度的变化方面起作用，而且在抑制低浓度的颈部向一侧弯曲方面也起作用。因此，它引导蠕虫向更高的盐浓度。

“尽管我们发现SMBD神经元整合了感觉和运动信息，但整合的分子机制仍然未知，”Matsumoto说，并指出了未来的研究。“因此，我们对SMBD神经元在感知盐浓度变化和颈部运动时内部发生的事情很感兴趣。此外，我们很想在导航过程中同时观察大脑中所有神经元的活动。”

Neuronal sensorimotor integration guiding salt concentration navigation in Caenorhabditis elegans