通过神经元追踪蠕虫性欲神经元

男性在一个黑暗，拥挤的空间里徘徊。他们利用本能和感官线索的混合，追求潜在的配偶。但他们如何决定何时采取行动呢?新发现回答了这个问题，至少对于被称为秀丽隐杆线虫(秀丽隐杆线虫)的微小土壤蠕虫而言。

在伍斯特理工学院(WPI)和加州理工学院(加州理工学院)进行的研究发现，雄性蠕虫追踪配偶的地点和时间由四个男性特异性感觉神经元决定，这些感觉神经元与突触反馈回路通信以形成决策 - 制作网络。该团队在2016年2月22日发表在“ 美国国家科学院院刊 ”上发表的论文“在单一神经元类别中对比反应，在秀丽隐杆线虫中实现性别特异性吸引力”中报告了他们的发现。

“只有四个感觉神经元，雄性能够对其他寻求吸引配偶的秀丽隐杆线虫分泌的某些信息素的浓度进行复杂的计算，”WPI生物学和生物技术助理教授Jagan Srinivasan博士说。以及新论文的通讯作者。“蠕虫本质上是计算浓度曲线的导数，并使用该信息来决定移动的位置，以便找到合适的配偶。”

加州理工学院生物学教授，霍华德休斯医学研究所研究员，该论文的共同作者Paul Sternberg博士说：“我们的数据意味着我们不仅发现这些性信息素的主要传感器，而且还有一种显然新颖的机制。神经编码有效地处理信息。“

成年秀丽隐杆线虫长约1毫米，约有1,000个细胞，其中约三分之一致力于神经系统。尽管蠕虫体型小，但它是一种复杂的生物，能够完成动物必须做的所有事情才能生存，包括觅食和寻找配偶，使其成为分子生物学中最强大的研究模型之一。

大多数秀丽隐杆线虫是自花受精的雌雄同体，携带卵细胞和精子细胞。雄性蠕虫占人口的比例不到1%。当雌雄同体耗尽其精子细胞时，它们会分泌信息素以吸引雄性。雄性蠕虫必须与雌雄同体交配才能实现其将基因传递给下一代的进化目标。

在目前的研究中，研究人员分析了位于雄虫头部附近的四个感觉神经元的电活动(每侧两个)。在受控环境中，它们释放出不同浓度的有吸引力的信息素并监测四种神经元的个体反应。基于该领域的先前研究，Srinivasan和该团队假设四个解剖学上相同的神经元将以相同的方式同时响应相同的环境线索。

令人惊讶的是，感觉神经元以非常不同的方式反应，并且持续时间不同，取决于信息素的浓度和与其他神经元的突触活动。在某些情况下，神经元会对信息素的气味迅速作出反应，而在其他情况下，即使存在高浓度的信息素，相同的神经元也会基本上关闭并停止发送感觉信号。

“我们的数据表明了一种信息素的策略，其中相同的四组(神经元)在兴奋性和抑制性反应中编码不同的浓度......”，作者写道。“在单个神经元类别中编码不同浓度似乎是另一种方法，线虫通过其紧凑的神经系统破坏对称性以增加编码能力，”允许蠕虫从其环境中收集更多信息，而不是神经元简单地关闭和上。

研究小组还发现，突触活动的水平，即神经元之间的通信，与蠕虫决定转向气味有关。在健康的蠕虫中，这种感觉循环导致大多数蠕虫向信息素的中等浓度，而不是最强的浓度。作者指出，高浓度的信息素可能表明环境过度拥挤或其他压力使其不利于成功交配。相反，一小部分气味意味着附近的雌雄同体太少，无法向那个方向移动。当团队禁用四个感觉神经元中的三个时或者故意降低突触活动的总体水平，那些只有一个功能性感觉神经元的蠕虫不再表现出偏好，而是直接向任何浓度的信息素移动。

Srinivasan说：“对于完整的蠕虫，信息素的浓度是最佳的，而且蠕虫可能不同。” “你可以把它视为个人偏好。这不仅仅是追随任何气味，也不是最强烈的注意力。”

Srinivasan说，这种新观察到的电路可能涉及需要进一步表征的称为神经递质的分子。“这开辟了许多新的问题需要探索，我们希望所涉及的一些神经递质可能在人类大脑中发挥作用。”

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