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神经科学家探索自我保护的风险业务

2019-05-28 10:34:58 • 来源：

所有动物的关键生存决定是何时，何地以及如何摆脱迫在眉睫的威胁。使用多神经元成像的西北大学研究小组已经了解到猎物的逃避反应比以前认为的更加微妙。在一项关于幼虫斑马鱼的研究中，研究人员首先发现动物天生的逃避反应结合了接近捕食者的速度 - 威胁的紧迫性 - 而不仅仅是捕食者在计算如何最好逃离时的接近程度。

神经科学家探索自我保护的风险业务

在新的研究之前，逃避行为被认为是由接近阈值驱动的，其中任何在一定距离内的东西触发逃逸。然而，西北大学的研究小组发现，捕食者接近率较低时，幼虫斑马鱼的逃逸速度最快;相反，不同的电路产生更延迟和可变的逃逸行为。

通过将猎物的神经逃逸反应归因于捕食者的速度以及接近的接近度，研究团队发现了新的信息，可以帮助科学家了解促进最基本的自我保护本能的神经机制。结果将于9月7日由Current Biology期刊在线发表。该研究将出现在9月25日的印刷版中。

研究作者之一马尔科姆·麦克维尔说：“将捕食者的逃避决定完全基于掠食者接近的一个潜在问题是它不能区分快速接近的捕食者和接近缓慢接近的捕食者。”“我们的工作有助于理解神经系统内部的基本权衡：是否能够快速启动更具可预测性的罐装，不灵活行为或延迟响应以计算更难以预测的更多变量行为。”

MacIver是McCormick工程学院的生物医学工程和机械工程教授。

为了研究逃逸反应的神经基础，MacIver，David L. McLean教授和生物医学工程博士候选人Kiran Bhattacharyya(第一作者)选择了幼虫斑马鱼。这种动物是透明的，允许研究人员对整组神经元进行成像，同时观察动物的运动。

Weinberg艺术与科学学院的神经生物学副教授，研究作者麦克莱恩说：“我们可以看到大脑随着动物的行为而活跃起来。”“研究斑马鱼等模式生物有助于我们了解大脑如何产生多种行为。对刺激进行适当的反应是所有动物(包括人类)大脑的基本工作，这是我们想要了解的。 “

McLean和MacIver的技术专长是互补的，他们在神经科学研究方面已经合作了近十年。

“似乎动物正在评估风险，如果接近捕食者的速度超过一定水平，那么猎物就会尽可能快地离开道奇，”MacIver说。“如果捕食者来得更慢，猎物有更多选择，有更多时间来决定选择。”

利用多神经元成像同时记录逃逸行为的高速视频，研究人员已经证明，威胁接近的速度设定了部署特殊高速逃逸机制的可能性(由称为Mauthner细胞的特殊神经元发射) )。随着捕食者接近率的增加，部署这种特殊逃逸机制的可能性也在增加。

特殊逃逸机制的优点是响应尽可能快地发生，但缺点是移动是高度可预测的，这允许某些捕食者“破解”电路并诱使猎物直接进入捕食者的嘴。在较低的接近速率下，没有部署特殊的逃逸电路(Mauthner电池不会发射)，并且随后会出现更多变化的，尽管延迟的逃逸行为。

“我们的研究结果表明，这些简单的鱼正在校准他们对威胁感知风险的反应，”麦克莱恩说。“在我们采取行动之前，我们自己的大脑是从鱼类进化而来衡量许多变量。现在我们知道鱼类正在关注什么，我们可以开始探索控制这一基本过程的神经计算。”

MacIver说，虽然鱼类和两栖动物为紧急威胁部署的特殊高速逃生回路在爬行动物，鸟类和哺乳动物等全陆地动物中消失，但其他高变异性环路仍然存在。当动物从水中出现并开始栖息于土地时，它们的视觉范围急剧增加，允许使用这种替代电路表达更多变化的行为。

该论文的标题是“幼虫斑马鱼的视觉威胁评估和校准反应的网状脊髓编码”。

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