Nature：首次描述了如何将新的感官输入插入一组基本的大脑回路中

研究人员已经确定了大脑回路的结构如何帮助不同物种灵活地适应跨越进化时间框架的新的交配信号。

　　

雄性果蝇有几种寻找配偶的技巧，从在黑暗中感知信息素到在光明中依赖视觉线索。

现在，新的研究表明，这些微小的求婚者正在利用模块化大脑回路的灵活网络来快速适应不同的交配信号。这项发表在《自然》杂志上的研究首次描述了不同种类的果蝇如何将新的感官输入(如信息素)插入一组基本的大脑回路中，而无需从头开始开发新的神经通路。

这些发现为理解大脑线路如何改变以影响行为进化提供了一个更大的框架。“动物王国的行为多样性是巨大的，但神经系统如何通过进化形成的潜在机制一直很难解开，在这里，我们发现了我们认为是一种关键的神经机制，它使大脑回路能够灵活地跨物种重新连接。”神经生理学和行为实验室负责人Vanessa Ruta说。

即插即用

行为进化的一大谜团是，随着物种的多样化，大脑回路如何跟上社会信号的快速变化，从而让个体找到理想的伴侣。例如，求偶行为进化得很快，很难想象每次有新的信息素进入果蝇的大脑，果蝇的大脑就会完全自我改造。

但直到现在，还不可能确定进化在神经系统中的作用，从而改变行为，因此，使这种回路如此具有适应性的关键特征仍然是一个谜。Ruta的研究小组将目光转向果蝇，这是一种近亲物种，它们有着相似的大脑，但依赖于截然不同的交配仪式线索。例如，D. simulans主要依靠视觉线索来寻找伴侣，而D. yakuba 进化出了一种利用信息素寻找伴侣的新能力，即使在完全黑暗的环境中。这些和其他的变异为研究相似的大脑如何探测和感知不同的社会线索提供了一个机会。

“我们开始寻找大脑中可能具有灵活性的部分，”该研究的第一作者、鲁塔实验室的博士后Rory Coleman说。“我们正在寻找可能使电路具有内在适应性的特征，潜在的进化热点推动行为多样化。”

通过行为分析、遗传工具、神经成像和CRISPR基因组编辑，他们比较了多个物种的信息素感应回路，最终选出了雄性前腿的感觉神经元和高级大脑的P1神经元，它们是调节物种间求偶行为的关键。研究小组发现，雄性交配行为的基本神经组成部分，如P1神经元，在不同物种中都存在，但不同的感觉信号可以灵活地连接到这个节点上。这使得苍蝇可以在不重新连接整个大脑的情况下发展出不同的交配策略。

例如，研究人员发现，P1神经元对D. melanogaster和D. yakuba.中完全不同类型的信息素的反应是被激活的。然而，P1神经元在启动求爱过程中的作用在两个物种中仍然是保守的。Ruta说:“我们工作的一个重要发现是，这些物种的大脑中都有离散的节点，可以灵活地整合新的感觉模式。这种灵活性使得像P1神经元这样的保守节点仍然可以在不同物种中发起求爱，但对雌性的不同暗示做出反应。”

社会大脑

这项研究隶属于洛克菲勒普莱斯家庭社会大脑研究中心，该中心致力于了解社会行为的神经元、细胞和分子基础。除了揭示面对新的感官输入时的灵活性外，目前的工作还阐明了研究社会行为如何跨物种进化的实验方法。Ruta说:“我们的研究结果表明，果蝇是研究行为进化的一个强大系统。”

通过研究神经回路的变化如何影响交配等行为，该实验室希望推进我们对大脑功能与社会行为之间复杂相互作用的理解，为理解社会回路如何在人脑中产生适应性行为提供一个框架。虽然果蝇和人类的大脑结构有很大的不同，但神经回路如何进化和适应的一些基本原则很可能在物种之间是保守的

“我们希望像这样的比较进化研究将揭示影响神经回路如何在动物王国建立的核心规则，包括人类。”Ruta补充说:“许多神经系统疾病被认为是由电路的错误连接引起的。”“通过从进化的角度检查神经回路，我们希望阐明哪些神经基序可以改变，以及它们是如何改变的，而不是通过疾病的破坏，而是作为进化选择的结果。”