《Nature Neuroscience》大小生物如何看到波长光？

感知你周围的任何东西就是意识到你的感官正在探测到什么。现在，哥伦比亚大学的神经科学家首次发现了果蝇的脑细胞回路……

　　

研究人员在果蝇的大脑中发现了使它们能够感知颜色的电路。

感知你周围的任何东西就是意识到你的感官正在探测到什么。现在，哥伦比亚大学(Columbia University)的神经科学家首次发现，果蝇的脑细胞回路可以将原始感官信号转化为可以指导行为的颜色感知。

他们的研究结果发表在《Nature Neuroscience》杂志上。

“我们许多人认为，我们每天看到的丰富的颜色——成熟草莓的红色或绿色的苹果——是理所当然的。但这些颜色并不存在于我们的大脑之外，”哥伦比亚大学祖克曼研究所的首席研究员、论文的通讯作者Rudy Behnia博士说。相反，她解释说，颜色是大脑在理解眼睛探测到的波长长短的光时构建的感知。

“将感官信号转化为对世界的感知，是大脑帮助生物体生存和繁衍的方式，”Behnia博士说。“问我们如何感知世界似乎是一个简单的问题，但回答这个问题却是一个挑战，我希望，我们为揭示色彩感知背后的神经原理所做的努力，将有助于我们更好地理解大脑是如何从环境中提取对日常生活很重要的特征的。”

在他们的新论文中，研究小组报告说，他们在果蝇中发现了一种特殊的神经元网络，这种神经元是一种脑细胞，可以选择性地对各种颜色做出反应。色相表示与特定波长或光波长组合相关的感知颜色，这些颜色本身并不是彩色的。这些色彩选择神经元位于视觉叶中，这是大脑中负责视觉的区域。

在这些神经元反应的颜色中，有那些人们认为是紫色的，还有一些对应于紫外线波长的(人类无法检测到的)。探测紫外线对一些生物的生存很重要，比如蜜蜂和果蝇，例如，许多植物拥有紫外线模式，可以帮助昆虫找到花粉。

科学家们此前曾报道，在动物的大脑中发现了神经元，它们对不同的颜色或色调(比如红色或绿色)有选择性地做出反应。但是没有人能够追踪到使这种色调选择性成为可能的神经机制。

这就是最近可用的果蝇大脑连接体被证明有用的地方。Behnia博士说，这张复杂的地图详细描述了果蝇罂粟籽大小的大脑中约13万个神经元和5000万个突触是如何相互连接的。Behnia博士也是哥伦比亚大学瓦格洛斯内外科医学院的神经科学助理教授。

以连接组为参照——类似于拼图盒上的图片为一千块碎片如何组合在一起提供指导——研究人员利用他们对脑细胞的观察，绘制了一张图，他们怀疑这张图代表了色调选择性背后的神经回路。然后，科学家们将这些回路描绘成数学模型，以模拟和探测回路的活动和能力。

“数学模型是一种工具，使我们能够更好地理解像所有这些脑细胞及其相互联系这样混乱而复杂的东西，”论文的第一作者之一、Behnia博士实验室的前成员Matthias christensen博士说。“有了这些模型，我们就可以理解所有这些复杂性。”

Larry Abbott博士对建模工作也做出了重要贡献，他是William Bloor理论神经科学教授、生理学和细胞生物物理学教授，也是Zuckerman研究所的首席研究员。

建模不仅揭示了这些电路可以承载颜色选择性所需的活动，它还指出了一种称为复发的细胞间互连，没有这种互连，颜色选择性就不会发生。在具有递归性的神经回路中，回路的输出回圈成为输入。这暗示了另一个实验，Álvaro Sanz-Diez博士说，他是Behnia博士实验室的博士后研究员，也是《Nature Neuroscience》论文的另一位共同第一作者。

“当我们使用一种基因技术来破坏果蝇大脑中这种反复出现的连接时，之前表现出颜色选择性活动的神经元失去了这种特性，”Sanz-Diez博士说。“这增强了我们的信心，我们真的发现了与颜色感知有关的大脑回路。”

Behnia博士说:“现在我们对大脑的线路是如何使建立对颜色的感知表征成为可能有了更多的了解。我希望我们的新发现能帮助解释大脑是如何产生各种感知的，其中包括颜色、声音和味道。”