为什么一只小蠕虫的大脑发育可以揭示人类的思维

Sinai Health 的研究人员使用一种微小的蠕虫来追踪动物大脑在其一生中的变化，为人类大脑的发育提供了新的线索。在今天发表在《自然》杂志上的一项新研究中，西奈健康中心 Lunenfeld-Tanenbaum 研究所 (LTRI) 的科学家描述了线虫、秀丽隐杆线虫或秀丽隐杆线虫大脑中如何建立新连接的四种基本模式。

“这是第一次在从出生到成年的各个发育阶段推断和比较整个大脑的结构，”LTRI 的高级研究员梅珍博士说。“这些新发现对允许大脑发育成熟的基本规则具有重要意义。”

珍和她的同事使用最先进的电子显微镜重建了八只秀丽隐杆线虫个体的全脑，以了解它如何随年龄变化。尽管秀丽隐杆线虫是一种相对简单的生物，但在更复杂的生物(如人类)中也发现了许多控制其发育的分子信号。它们的生命周期也很短，只有两周，这对于研究它们的发展非常有用。

“我们检查了每个神经元的每个连接，发现随着动物年龄的增长，增加了许多新的连接，”Zhen 博士说。“当我们像计算网络中的电线一样分析这些连接时，我们发现新增功能遵循模式，它们的集体变化服务于一个目的——有效的信息处理。”

30 多年前，剑桥大学 MRC 的 John White 和他的同事们生成了第一张线虫的布线图，它是来自几种不同蠕虫的部分图的合成，包括一些处于不同发育年龄的蠕虫。

Daniel Witvliet 博士，前博士。LTRI珍实验室的学生与哈佛大学脑研究所的科学家一起领导了当前的研究，包括博士。阿拉维·塞缪尔和杰夫·利希特曼。

研究人员研究了蠕虫的大脑结构如何在单个突触分辨率和整体几何水平上发生变化，发现新生儿大脑中的一些结构特性使他们能够正确预测成熟大脑的布线模式。

“我们的研究表明，大脑的不同部位具有不同程度的灵活性，”甄博士说。“了解大脑的哪个部分具有更大的可塑性可以帮助科学家想出策略来克服大脑发育过程中疾病的遗传脆弱性。我们为继续我们科学先驱的遗产而感到谦卑和自豪。”

在确定大脑发育的一些关键模式的同时，研究人员还发现了使每个大脑独一无二的显着连接差异。

甄博士说，他们注意到不同神经元之间的连线变化是一致的，每一次变化都会改变现有连接的强度，进而创造新的连接，最终改变信息的处理方式。在开发过程中，研究人员发现他们的中央决策电路得到了维持，其感觉和运动通路得到了显着改造。

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