昆虫和哺乳动物对行为决策的控制是相似的
节肢动物大脑中的学习和记忆区域——负责昆虫做出抽象行为决策的能力，然后由下游运动网络执行。这是科隆大学动物研究所“计算系统神经科学”工作组的 Martin Paul Nawrot 教授博士和 Cansu Arican 博士进行的一项研究的结果。这项研究发表在《当代生物学》上，标题为“蘑菇体输出编码感觉运动转化过程中的行为决策”。
长期以来，研究人员普遍认为昆虫根据简单的刺激反应模式以机器人的方式做出反应，但这种假设在过去二十年里发生了很大变化：“昆虫具有简单的认知技能，例如记忆形成和回忆以及依赖经验的决策。尽管它们的大脑相对较小，但它们表现出复杂的行为模式，”纳罗特教授说。
在无脊椎动物昆虫和哺乳动物中，因此在人类中，神经系统的必要过程在许多方面都遵循类似的基本原理。这包括对环境条件及其评估的快速感官处理、与获得的经验的比较(以及相应地在可能的行为选择之间做出可靠的决定)以及最终行为序列的物理执行。
15年脑回路研究
昆虫中央大脑的一个重要处理区域，因其解剖形状而被称为蘑菇体，对于记忆的形成至关重要。在过去 15 年中，各种研究工作表明，记忆信息是由蘑菇体输出的感觉刺激的价数编码的。在德国研究基金会自 2018 年以来资助的 FOR 2705“大脑回路的解剖：果蝇蘑菇体的结构、可塑性和行为功能”研究小组的框架内，由 Nawrot 教授领导的科隆团队也为这一研究领域做出贡献。昆虫决定某种刺激之前是否被记忆为积极的(例如，承诺食物的气味)或消极的(例如，致病物质的气味，例如食物中的有害细菌)。最近的研究还表明，蘑菇体的输出神经元还评估与先天行为相关的感觉刺激，即不基于经验的行为。
蘑菇体新功能的描述
在这项最新研究中，主要作者 Cansu Arican 博士描述了她如何在实验中测量美洲大蠊( Periplaneta americana )蘑菇体输出神经元的活动，同时拍摄动物的摄食行为。选择这种大型昆虫是因为它的大脑比果蝇大得多，而果蝇通常作为基础研究的模型生物。这允许对神经元信号进行电子测量，从而可以同时测量和解释不同食物气味的刺激活动和蘑菇体内的神经元反应 - 最终动物的进食行为 - 作为对刺激的可能行为反应具有高时间精度。
研究小组观察到，蘑菇体输出神经元不仅编码特定气味的效价，例如与中性气味相比的食物气味，它们还根据这些信息形成执行相应进食行为的决定。他们不仅根据该价的信息做出行为决策，而且根据该价的信息做出行为决策。动物当前的状态也很重要，例如当时是否饥饿。在相应的试验中，根据神经反应模式，可以准确预测动物是否会在大约十分之一毫秒后表现出进食行为。
与人脑大脑皮层的运动区域类似，蘑菇体因此做出第一个行为决定，并向下游运动网络发送抽象运动命令——对于人类来说，这是脊髓——然后执行通过激活相关肌肉来实现行为。“这一结果对蘑菇体的普遍观点提出了质疑，蘑菇体现在可以被视为记忆形成和行为决策的中心。这很重要，因为对昆虫大脑的研究也与理解更复杂的大脑的功能相关，”Cansu Arican 博士总结了结果。
该研究得到了德国研究基金会和“iBehave”网络的资助。
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