人類和許多其他動物生活在社會中。從根本上說，社會互動要求個人將他人識別為屬于自己的同類。這通常在幾分之一秒內(nèi)發(fā)生，通常是本能的。然而，揭示這種行為背后的神經(jīng)元回路絕非易事。
馬普所的項目負(fù)責(zé)人Johannes Larsch 解釋說：“研究社會互動存在一個內(nèi)在的挑戰(zhàn)：對于作為觀察者的我們來說，行動和反應(yīng)在動物行為和神經(jīng)元水平上都是交織在一起的。這是因為參與這些互動的個體相互影響。兩者同時是社會信號的發(fā)送者和接收者。研究視覺系統(tǒng)及其相關(guān)大腦區(qū)域的作用特別困難?！?/p>
盡管如此，Johannes Larsch的團(tuán)隊還是找到了一種方法來闡明視覺系統(tǒng)在社交互動中的重要性。科學(xué)家們?yōu)榘唏R魚幼體開發(fā)了一種模擬同種的實(shí)驗性虛擬現(xiàn)實(shí)裝置。所需要的只是屏幕上的投影點(diǎn)，這個點(diǎn)很重要——它在顯示屏上的運(yùn)動反映了一種不規(guī)則的運(yùn)動模式，這是斑馬魚游泳時的典型特征。動物們無法抗拒這個暗示：它們跟著它走了幾個小時，顯然混淆了移動的點(diǎn)和真正的同類。因此，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種明確的視覺刺激，可以觸發(fā)斑馬魚的社會聚集行為。
此外，該研究小組還可以研究神經(jīng)元對刺激的處理過程。為了做到這一點(diǎn)，他們擴(kuò)展了虛擬的現(xiàn)實(shí)裝置，使它們能夠同時測量魚大腦的活動。實(shí)驗表明，一個移動的圓點(diǎn)會激活斑馬魚大腦中被稱為丘腦的一組特定神經(jīng)元。當(dāng)另一條斑馬魚的幼體游到附近時，丘腦的同一區(qū)域會被激活。
Larsch解釋說：“丘腦是大腦的感覺控制中心，它整合和傳遞感覺輸入。感覺信息在傳遞到丘腦的過程中被處理，首先在視網(wǎng)膜，然后在頂蓋(脊椎動物大腦的主要視覺中心)。當(dāng)信息到達(dá)丘腦時，它已經(jīng)被過濾為社交線索，比如潛在同類的不穩(wěn)定運(yùn)動。
研究人員在該區(qū)域確定的神經(jīng)細(xì)胞將斑馬魚的視覺系統(tǒng)與在社會行為期間活躍的其他大腦區(qū)域聯(lián)系起來。Larsch說：“我們已經(jīng)知道這些其他大腦區(qū)域在控制社會行為方面發(fā)揮作用。然而，激活它們的視覺刺激是未知的。我們的工作填補(bǔ)了這一知識空白，并揭示了傳遞信號的神經(jīng)元通路?！?/span>
當(dāng)研究人員專門阻斷這些細(xì)胞的功能時，新發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)元的重要性得到了證實(shí)。斑馬魚幼體失去了對同種生物以及移動點(diǎn)的興趣，幾乎不再跟著它們轉(zhuǎn)了。“因此，我們發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)元調(diào)節(jié)著斑馬魚的社交方式和關(guān)系?！痹撗芯康闹饕髡摺⒀芯可鶭ohannes Kappel說：“人類也擁有丘腦，許多神經(jīng)元進(jìn)程在進(jìn)化過程中被保存下來。當(dāng)我們感知面部運(yùn)動或身體運(yùn)動時，我們也有活躍的大腦區(qū)域，但這些區(qū)域?qū)ι鐣袨榈囊饬x尚未被探索?！?br>
Kappel等（2022）完成的該項研究已經(jīng)闡明，大腦中一個部分的激活為兩條斑馬魚的連接提供了基本的“粘合劑”。這種小規(guī)模的相互作用共同創(chuàng)造了魚群。社會行為是由大腦網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動的，而大腦網(wǎng)絡(luò)本身就是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。Baier總結(jié)道:“神經(jīng)生物學(xué)的發(fā)現(xiàn)，比如我們的發(fā)現(xiàn)，也許可以啟發(fā)和豐富關(guān)于動物社會總體自組織的思考，這一點(diǎn)還有待其他學(xué)科的共同努力?！?/span>
參考文獻(xiàn)
Kappel, J. M., F?rster, D., Slangewal, K., Shainer, I., Svara, F., Donovan, J. C., . . . Larsch, J. (2022). Visual recognition of social signals by a tectothalamic neural circuit. Nature. doi:10.1038/s41586-022-04925-5
Max-Planck-Gesellschaft. (2022, July 14). A brain network for social attraction: Specialized nerve cells in the zebrafish visual system enable recognition of conspecifics. ScienceDaily. Retrieved July 17, 2022 from www.sciencedaily.com/releases/2022/07/220714103010.htm
