运动的脑回路早在附肢和骨骼之前就进化了
在动物进化出具有分段身体、关节骨骼或附肢的数亿年前，像海蛞蝓这样的软体无脊椎动物统治着海洋。一项新的研究发现，驱动海蛞蝓运动的大脑结构与具有关节骨骼和附肢的更复杂的分段生物的大脑结构之间存在相似之处。
发表在《神经科学杂志》上的这项研究表明，昆虫、甲壳类动物甚至像哺乳动物这样的脊椎动物并没有开发一套全新的神经回路来控制分段身体部位的运动，而是适应了一个神经元网络，一个模块，在更简单的生物体中引导运动和姿势。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校分子和综合生理学教授 Rhanor Gillette 说：“海蛞蝓可能仍然有那个模块，一个称为‘A 簇’的小型神经元网络，目前已识别出 23 个神经元。 ” .
“我们在这项研究中解决的问题是，我们在海蛞蝓和更复杂的生物之间看到的相似性是否是独立进化的，或者那些具有分段身体部位和附属物的生物是否可能从软体双侧共同祖先那里继承了它们的潜在神经回路，”他说。
为了回答这个问题，吉列和他的同事，前研究生科林·李和杰弗里·布朗，对海蛞蝓的运动进行了录像，并将这些数据与记录的对海蛞蝓大脑中神经和特定神经元刺激的反应记录相结合。
“我们研究的掠食性海蛞蝓，Pleurobranchea californica，利用脚上的纤毛爬行，划过分泌的粘液，”吉列说。“对于朝向或远离刺激的姿势转向，它只是缩短身体的一侧，并通过疯狂的摇摆游泳逃离其他捕食者——所有这些都是由 A 簇驱动的。”
吉列实验室之前的研究表明，每次在野外遇到另一种生物时，侧鳃纲动物都会进行成本效益计算。如果它非常饿，控制其攻击和进食行为的神经元就会处于高度唤醒状态，它几乎会追逐任何闻起来像食物的东西。在其他情况下，它会什么都不做，甚至会主动回避刺激。
“如果它不需要食物并且可以避免被它吸引的其他自相残杀的侧鳃动物，这是一个好主意，”吉列特说。“所有这些行为都涉及 A 集群如何与行动选择协调。”
吉列说，在哺乳动物中，一种称为网状系统的特殊后脑模块将来自更高大脑区域的动作选择的特定指令转换为姿势和运动。然后该区域将运动命令向下发送到脊髓，最终传输到肌肉。
“特别是，网状系统依赖于产生血清素的关键神经元来控制姿势和运动中的身体运动，”他说。“在这项新研究中，我们发现海蛞蝓 A 群中类似的产生血清素的神经元正在驱动诸如追逐、回避和逃跑等行为。
“由于它们相对简单，海参在很多方面都类似于当今复杂动物的预期更简单的祖先，”吉列说。“所有主要的动作选择电路模块，将选择转化为运动命令，以及在复杂动物的神经系统中发现的运动模式生成，也可以在更简单的软体海蛞蝓中识别出来。”
该研究提供了第一个证据，证明在具有复杂身体和行为的动物中驱动运动的电路“在更简单的腹足类软体动物中具有密切的功能类比，并且可能具有共同的遗传，”吉列说。
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