控制蠕虫运动的主神经元的发现对人类疾病具有重要意义

西奈健康中心和多伦多大学的研究人员发现了微小蛔虫线虫神经系统中的一种机制，这可能对治疗人类疾病和推进机器人技术产生重大影响。

这项研究由 Lunenfeld-Tanenbaum 研究所的 Mei Jen 及其同事领导， 发表 在日记中 科学进步 并揭示了一种称为 AVA 的特定神经元在控制蠕虫向前和向后运动之间转换的能力方面的关键作用。

对于蠕虫来说，爬向食物源并迅速逃离危险是生死攸关的问题。 这种两种行为相互排斥的行为在包括人类在内的许多动物中很常见——例如，我们不能同时坐着和跑步。

科学家们长期以来认为，蠕虫运动的控制是由于两个神经元（AVA 和 AVB）之间直接的相互作用所致。 前者被认为促进向后运动，而 AVB 则促进向前运动，每个神经元都抑制另一个神经元来控制运动方向。

然而，Zhen 团队的新数据挑战了这一观点，揭示了 AVA 神经元发挥双重作用的更复杂的相互作用。 它不仅通过抑制 AVB 来立即停止向前运动，而且还能保持对 AVB 的长期刺激，以确保平稳过渡回向前运动。

这一发现凸显了 AVA 神经元根据不同信号和不同时间尺度通过不同机制精细控制运动的能力。

“从工程角度来看，这是一个非常经济的设计，”多伦多大学特默蒂医学院分子遗传学教授甄说。 “对后向回路的强烈抑制使动物能够对恶劣环境做出反应并逃脱。同时，控制神经元继续将组成气体放入前向回路中，以产生朝向更安全地方的运动。”

孟军，前博士生。 领导这项研究的甄实验室的学生表示，了解动物如何在这种相反的运动状态之间转换对于深入了解动物如何运动以及神经系统疾病研究至关重要，并且蠕虫为了解其简单的内部基本神经线路提供了一个独特的窗口。 ，透明机构。

AVA 神经元发挥如此主导作用的发现为科学家们自半个多世纪前现代遗传学诞生以来所研究的神经回路提供了重要的新见解。 甄实验室成功地利用尖端技术精确调节单个神经元的活动并记录活体蠕虫运动的数据。

甄也是多伦多大学文理学院细胞和系统生物学教授，他强调了跨学科合作在这项研究中的重要性。 孟进行了关键实验，而神经元电记录则由博士生于斌进行。 中国华中科技大学高尚邦实验室的学生。

托西夫·艾哈迈德 (Tosif Ahamed) 曾是珍实验室的博士后研究员，现任美国 HHMI 珍妮莉亚研究园的理论研究员，他领导的数学建模工作对于检验假设和获得新见解至关重要。

这些发现提供了一个简化的模型来研究神经元如何在运动控制中发挥多种作用——这一概念可能会扩展到人类神经系统疾病。

例如，AVA 的双重作用取决于其电势，而电势由其表面的离子通道调节。 珍已经在探索类似的机制如何参与一种被称为 CLIFAHDD 综合征的罕见疾病，这种疾病是由类似离子通道的突变引起的。 此外，新发现可以为开发能够进行复杂运动的适应性更强、更高效的机器人系统提供信息。

“从现代科学的起源到当今研究的前沿，像秀丽隐杆线虫这样的模式生物在揭开我们生物系统的复杂性方面发挥了重要作用，”卢南菲尔德-塔南鲍姆研究所所长安妮-克劳德·金格拉斯说西奈健康中心研究副总裁、多伦多大学 Temerity 医学院分子遗传学教授。

“这项研究是一个很好的例子，说明我们可以从简单的动物身上学到很多东西，然后考虑将这些新知识应用于推进医学和技术。”