一只聪明的鱼:来自刚果的电鱼可能掌握着我们如何移动的关键

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几十年来,神经科学家一直在构建大脑功能理论,尽管几乎完全缺乏关于数量最多的神经元——小脑颗粒细胞的数据。这些相对简单的细胞占人类大脑中近 860 亿个神经元中的 700 亿个,紧密地 packed 在小脑中,小脑是一个西兰花状的结构,位于我们大脑的后部下方。小脑颗粒细胞构成大脑回路的一部分,该回路具有惊人的规则,几乎是晶体状的结构。

然而,这种直接的解剖结构的目的让研究人员感到困惑。在 20 世纪 60 年代,一个由神经科学家、计算机科学家和数学家组成的团队提出理论,认为这些细胞在小脑学习运动技能的能力中发挥着重要作用。几组研究人员开始检验这一理论,他们想象,很快,我们对大脑的理解将向前迈出一大步。但是,收集关于颗粒细胞的数据结果证明并非易事。它们的密集 packed 、小尺寸和位于大脑深处使得传统实验技术难以触及它们。该理论已经悬而未决 40 年,给小脑研究人员的努力蒙上了一层阴影。

最近,一种可能的发现途径来自一个不寻常的来源:电鱼Gnathonemus petersii,长期以来,它因拥有异常巨大的小脑而让神经科学家着迷。通过在活体电鱼中使用微型电极认真记录单个颗粒细胞的活动,哥伦比亚大学卡夫利脑科学研究所的神经科学家内特·索特尔(Nate Sawtell)发现了支持 20 世纪 60 年代理论的首批直接证据,该理论认为颗粒细胞可以增强小脑学习精细运动等技能的能力。我目前是该研究所的博士候选人。索特尔表明,接收来自这些细胞输入的神经元能够根据运动和感觉信号的组合来预测鱼尾的位置,这是运动技能学习的关键一步。索特尔是少数研究这种鱼的神经科学家之一,但他的结果表明,这种鱼有可能帮助解决这个长期存在的谜团。


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了解小脑颗粒细胞的功能可能会带来进一步的重要发现。在人类中,小脑与大脑其余部分的广泛连接表明,它的功能远不止学习运动技能:它已被证明在知觉和认知中都起作用,最近的研究将小脑功能障碍与诸如精神分裂症和自闭症等复杂疾病联系起来。现在是开始倾听 700 亿沉默的大多数的时候了,由于一种小电鱼拥有巨大的小脑,我们现在开始这样做了。

大众科学杂志 第 305 卷 第 3 期这篇文章最初以“一只聪明的鱼:来自刚果的电鱼可能掌握着我们如何移动的关键”为标题发表在《大众科学》杂志 第 305 卷 第 3 期 ()
doi:10.1038/scientificamerican092011-2pS8GKbXyVKE70SeQVBuWq
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