本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
多巴胺。血清素。如果你像我一样是一位神经科学家，这些词语会让你联想到化学物质，以及诸如“快乐”、“情绪”、“奖励预测”和“腹泻”（真的，没人讨论血清素的那个部分）之类的概念。大多数人认为多巴胺和血清素是影响情绪的化学物质，是抗抑郁药和可卡因等药物的作用对象。但你有没有想过游泳？没有？
显然，你不是线虫。
（来源）
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Vidal-Gadea 等人。“秀丽隐杆线虫通过多巴胺和血清素选择不同的爬行和游泳步态” PNAS，2011。
（务必点击链接，那里有视频！）
为了理解多巴胺和血清素如何影响这些蠕虫的游泳和爬行，我们需要首先理解步态的概念。步态（当我想到步态时，我通常会想到马）只是动物在表面上的运动。它们的特征通常是脚（或腹部，或其他什么）在动物移动时的落脚方式，但它们在生理上可能彼此非常不同。例如，人类可以走路，也可以跑步。他们不能做介于两者之间的运动（慢跑虽然慢，但也是慢跑，而不是走路）。同样，线虫也有“步态”。它可以游泳，或者它可以爬行。这两种运动截然不同，它不能做介于两者之间的运动。
在爬行时，线虫来回扭动，就像你习惯看到响尾蛇以 S 形爬行一样。但是，当蠕虫碰到水时，它会立即切换，并开始以 C 形来回弯曲身体，这就是游泳。补充信息中有一个精彩的视频（别担心，它是免费的！）。
现在，这项研究的作者想要回答的问题是，这些线虫的游泳和爬行是由相同的神经回路控制，还是由不同的神经回路控制？这两种运动是不同的步态吗？
为了测试这一点，他们观察了线虫在“陆地”（琼脂）和水中移动，观察了爬行和游泳。然后，他们将它们放入浓稠、粘稠的液体中。如果游泳和爬行不是不同的步态，那么浓稠的液体会引起某种游泳/爬行（swawl？crim？）。但是蠕虫反而会在非常缓慢的爬行和非常缓慢的游泳之间交替。（查看视频）这显然是两个系列的步态，你可以游泳或爬行，但你不能做介于两者之间的运动。
那么是什么刺激了这种从游泳到爬行再到爬行到游泳的转变呢？事实证明，这是机械刺激。有两种方法可以让线虫切换步态（嗯，除了放入或取出水，显然）。你可以用两块玻璃板夹住它，直到它处于狭窄的空间中。然后它会开始爬行。或者你可以给蠕虫喂食铁并将其磁化到表面。那种压力会使其爬行而不是游泳。这对我来说太酷了。我的意思是，有多少动物模型可以磁化？！我想养一只这种东西作为宠物。
在秀丽隐杆线虫中，对机械刺激敏感（对被压扁或磁化等机械刺激敏感）的区域与神经递质多巴胺有关。因此，作者想看看多巴胺如何影响爬行。秀丽隐杆线虫只有 8 个多巴胺神经元，因此选择性地去除它们并不太难。当他们这样做时，线虫仍然可以游泳，仍然可以爬行，但它们无法从游泳过渡到爬行。它们失去了启动爬行步态的能力。（再次强调，你真的应该观看视频。图片无法充分表达）。但是，如果你戳它们，线虫仍然可以爬行。这意味着多巴胺对于步态转换很重要，而不是对于运动本身。
然后，他们取出线虫，没有去除多巴胺神经元或磁化它们，而是使用光遗传学将光激活基因放入线虫的多巴胺神经元中。因此，现在多巴胺神经元仅在他们说它们启动时才启动，当某种光线打开时。没有光线时，秀丽隐杆线虫的表现就像没有多巴胺的蠕虫一样，无法从游泳切换到爬行。但是，当光线打开时，线虫成功地完成了从游泳到爬行的步态转换。
你可以在底部看到的是线虫的曲率。小的弯曲是爬行（小的卷曲 S 形），而大的弯曲是 C 形游泳。你可以看到线虫一直在游泳，直到光线打开并且多巴胺神经元被激活，这使得线虫几乎立即开始爬行。
那么，从游泳到爬行是这样，那么从爬行到游泳呢？这是相同的两种步态，但步态变化不同。如果多巴胺使游泳的线虫爬行，那么事实证明血清素使爬行的线虫游泳。
血清素的作用基本上与此处多巴胺的作用平行。当秀丽隐杆线虫无法合成血清素时（你可以通过敲除制造该化学物质的酶来实现），正常的游泳有点古怪，但更重要的是，动物首先无法从爬行过渡到游泳。事实证明，血清素会持续游泳，即使水消失了。
因此，看起来多巴胺和血清素控制着步态的变化，其中血清素控制着从爬行到游泳，而多巴胺控制着从游泳到爬行。
那么这种事情有什么重要意义呢？嗯，首先，它真的很酷。我的意思是，看看那些小游泳者（你可以用磁铁控制它们！！！）。不仅如此，本文还提供了更多证据表明，多巴胺和血清素可能最重要的是开启和关闭行为（至少在线虫中是这样）。这对于我们理解运动和步态，以及步态如何被打乱非常重要。帕金森病就是一个很好的例子，其中多巴胺信号传导的紊乱会导致震颤，以及在有人试图启动运动时出现冻结。这是一种步态紊乱，并且表明在线虫中保守的方式可以使我们使用线虫作为该疾病某些方面的模型。对于一种小线虫来说，还不错。
Vidal-Gadea, A., Topper, S., Young, L., Crisp, A., Kressin, L., Elbel, E., Maples, T., Brauner, M., Erbguth, K., Axelrod, A., Gottschalk, A., Siegel, D., & Pierce-Shimomura, J. (2011). 秀丽隐杆线虫通过多巴胺和血清素选择不同的爬行和游泳步态 《美国国家科学院院刊》，108 (42), 17504-17509 DOI: 10.1073/pnas.1108673108