鱼群风暴,为何它们从不掉队?

鱼群风暴,为何它们从不掉队?

本文来自微信公众号:神经现实 (ID:neureality),作者:MariusBruer,译者:Stella,校对:老司橘,编辑:Soda,头图来自:unsplash

众所周知,人类是社会性动物,但这种与同物种其他个体合作来达到目标的倾向性并不独属于人类。实际上,这种倾向在成群结队的哺乳动物、鸟类或者鱼类中都随处可见。那动物的大脑是如何识别出与它同物种的其他动物的呢?

马克斯·普朗克生物智能研究所(Max Planck Institute for Biological Intelligence)的科学家们在斑马鱼身上研究了这个过程。他们发现了一条调节社交吸引力的神经回路。这条从视网膜深入大脑的专门通路让斑马鱼可以探测到并接近附近的同类。

人类和很多其他动物都是群居动物,而社交互动需要个体去识别同类,这是最基本的。这种识别往往是瞬间发生的,本能性的。但是,揭示这种行为背后的神经元回路却远远不是一件简单的事。

赫维希·拜尔(Herwig Baier)带领的基因-回路-行为实验室的项目组的组长约翰内斯·拉尔施(Johannes Larsch)说:“对于我们观察者来说,无论是动物行为层面和神经元层面,行动和反应都是交织在一起的,这是研究社交互动时必然面对的挑战。因为个体在互动中会相互影响,双方同时发出和接收社交信号,因此要研究这个过程中视觉系统的作用以及与它相关联的大脑区域是很难的。

论文题目:Visual recognition of social signals by a tectothalamic neural circuit

一、引起群聚行为的视觉刺激

不过,约翰内斯·拉尔施的小组找到了一种方法来弄清楚视觉系统对于社交互动的重要性。他们开发了一套为幼年斑马鱼模拟同类的虚拟现实实验设备,只需要在屏幕上投影一个点即可完成同类模拟。但重要的是这个点以一种斑马鱼游泳时常见的抖动的运动模式在屏幕上移动。

斑马鱼无法无视这个信号点,他们会跟着这个点转好几个小时。显然它们是把这个移动的点当成了自己现实中的同类。研究者们因此发现了一种会引起鱼类群聚行为的明确的视觉刺激。

研究小组接下来就可以研究神经元如何处理这种刺激了。为此他们为那套虚拟现实设备拓展了同步测量鱼脑活动的功能,并通过实验发现那个移动的点会激活丘脑脑区中特定的一组神经元,而在其他幼年斑马鱼游过时被激活的也正是这群神经元

约翰内斯·拉尔施解释说:“丘脑是大脑中整合并中转感觉输入信号的感官控制中心。”在通向丘脑的过程中,感觉信息会先后在视网膜和顶盖(脊椎动物大脑的一个主要视觉中心)被处理。

在这些信息到达丘脑之前,跟社交有关的信号——比如那种来自潜在同类的抖动运动方式就已经被筛选出来了。

一片专门的脑区使斑马鱼可以识别并接近附近的同类。—MPI for Biological Intelligence, i.f. / Julia Kuhl

二、视觉系统与社会行为脑区间的联系

研究者们在丘脑中发现的这些神经细胞连接了斑马鱼的视觉系统与其他在社交行为中活跃的脑区。

拉尔施说:“我们已经知道这些其他脑区在控制社交行为上是有一定作用的,但之前并不知道是什么视觉刺激可以激活这些脑区。我们的研究揭示了传递这些信号的神经元通路,从而填补了这一空白。”

当研究者们阻断了这些新被识别出的神经元的功能时,幼年斑马鱼同时丧失了对同类和移动点的兴趣,也不再跟着转了,这进一步确认了这些特定细胞的重要性。

约翰内斯·卡普佩尔(Johannes Kappel)是一名研究生,也是这项研究的主要作者,他说:“我们发现的这些神经元调节了斑马鱼对于社群的接近和归属感。人类也有丘脑,而且在进化过程中很多神经元突起都得到了保留。我们也有一些脑区在我们察觉到面部活动或者身体活动时会活跃起来,但目前还没有关于这些脑区对于社交行为的重要性的探索。“

卡普佩尔、拉尔施、拜尔和其他合作者的研究向我们展示了大脑中的一群特定的神经元,它们提供了两只斑马鱼建立关系所需的基本的“粘合剂”,而这种小规模的互动合起来就创造了鱼群。脑内网络,也就是神经元网络,驱使着社交行为。拜尔总结道:“像我们提出的这种神经生物学的发现,或许可以从总体上启发和丰富其他科学学科领域中关于动物社群自我组织的思考。”

原文:

https://neurosciencenews.com/social-attraction-network-21048/

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英雄所见略同

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