《自然》:斑馬魚覓食的“停”與“行”,揭示大腦內在狀態的開關


兩種狀態間是如何轉換的呢?作者們發現,

有那麼一群神經元,它們只在從探索到捕獵狀態的轉換時最為活躍。如果把魚在黑暗中放一會兒,讓它無法捕獵,那開燈時這些“開關”神經元會比較容易活躍,魚也會很快進入捕獵狀態。而捕獵狀態久了,魚則會自發進入划水狀態。即使周圍沒有獵物,它們還是會在兩個狀態間切換。

比較好奇如果不斷激活這些“開關”神經元,斑馬魚會不會一直認真捕獵不划水,不過可能會比較自閉吧。事實上,對於所有要覓食(foraging)的動物,探索和利用都是缺一不可需要權衡的,即使是人,也要在常吃的飯店和探索新館子之間決策。而這兩種決策的轉換背後的神經機制很有可能和魚類中的一樣。就像坎德爾從更原始的海兔身上揭示了記憶的潛在細胞機制一樣,對斑馬魚探索-利用狀態轉換的研究,也會給人類的行為狀態調節機制帶來啟示。

該研究發表於2020年1月9日的《自然》(Nature),題為Internal state dynamics shape brainwide activity and foraging behaviour

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1858-z

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關於共同第一作者

João C. Marques博士及李孟博士

João Marques

《自然》:斑馬魚覓食的“停”與“行”,揭示大腦內在狀態的開關

João Marques博士於國際神經科學博士計劃攻讀博士期間,在Michael Orger實驗室從事計算倫理學研究。隨後加入哈佛大學Rowland研究所RoLi實驗室從事覓食過程中全腦神經成像研究。他目前在葡萄牙Champalimaud研究院從事博士後研究。

李孟

《自然》:斑馬魚覓食的“停”與“行”,揭示大腦內在狀態的開關

李孟博士在哈爾濱工業大學攻讀博士學位期間研究計算機視覺及機器學習。為了進一步探索這兩個方向的生物神經學基礎,李孟博士繼而將其研究方向從計算機科學轉向神經科學。李孟博士於2018年春加入RoLi實驗室從事深度學習和全腦神經成像的數據分析及建模研究,併成功將人工智能及深度學習方法應用於行為學分析中。李孟博士現為德國圖賓根馬克普朗克生物控制論研究所研究科學家。

關於通信作者

Jennifer Li博士及Drew Robson博士

Jennifer Li博士和Drew Robson博士已合作十餘年,這期間他們一直致力於破解神經系統是如何調節大腦內在狀態的機理。自2014年以來,Jen和Drew共同領導了一個聯合實驗室(rolilab.org)。該聯合實驗室最初成立於哈佛大學(2014-2019),現位於德國圖賓根馬克普朗克生物控制論研究所,由Jen和Drew擔任研究組長。

Jennifer Li

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Jennifer Li本科就讀於普林斯頓大學分子生物學專業,在Wieschaus實驗室學習發育生物學。在哈佛大學攻讀博士期間,她於Schier和Engert實驗室從事操作性學習(operant learning)及全腦神經成像研究。

Drew Robson

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Drew Robson本科就讀於普林斯頓大學數學專業,在Olga Troyanskaya和Eric Wieschaus實驗室學習計算生物學及生物物理學。在哈佛大學攻讀博士期間,他於Schier和Engert實驗室從事熱感行為及全腦神經成像研究。


顧金濤

《自然》:斑馬魚覓食的“停”與“行”,揭示大腦內在狀態的開關

上海紐約大學神經科學博士生。復旦生科院畢業。現在跟著Sukbin Lim用數學模型研究記憶和神經可塑性,還在找課題。




《自然》:斑馬魚覓食的“停”與“行”,揭示大腦內在狀態的開關


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