研究人员在将行为变化与大脑回路的潜在发展联系起来
当斑马鱼学习狩猎快速移动的猎物时,这是它们发展的一个高度动态的时期。
研究人员证明了斑马鱼狩猎技能的提高与大脑对视觉刺激作出反应的部分感觉编码的发展之间的关系。
改进的神经回路会导致行为的改变是如何在很大程度上仍然是一个谜,这杰夫Goodhill教授从昆士兰脑研究所和数学和物理科学学院和他的博士后Lilach Avitan医生都渴望解决的问题。
Goodhill教授说:“神经编码是对神经元如何表示信息的研究,在早期发育过程中,大脑必须建立适合生存的神经编码。”
“在哺乳动物中,关于神经回路如何发展的知识正在迅速扩展,但是,关于新生动物中发生的事情知之甚少-神经编码的早期发育变化对行为的影响仍然未知。”
研究人员可以通过研究斑马鱼幼虫来了解神经回路与行为之间的联系,而斑马鱼幼虫在受精后仅几天即可表现出复杂的自然行为。
受精后仅五天,斑马鱼的视觉运动系统已经足够成熟,足以让幼虫捕捉移动的猎物,例如单细胞生物Paramecia。
Goodhill教授说:“我们可以通过观察大脑细胞的神经活动,观察斑马鱼的幼虫如何狩猎并将这种行为映射到它们在发育的最初几天中神经密码的变化。”
斑马鱼的大脑中有一个视觉处理中心,称为光学台架,可以将感觉输入转化为运动,并将动物定向到外界感兴趣的物体上,这对于狩猎行为至关重要。
Goodhill教授说:“我们发现,幼虫开始捕食的最初几天,捕食行为得到了改善,这与它们视光学层信息解码和传输的改善有关。”
斑马鱼幼虫最初以受精卵中的卵黄囊为食,但五天后,它们准备开始狩猎。
研究人员在第4、5、9和15天对幼虫进行了研究,方法是将它们与Paramecia放在盘中,并使用高速摄像头监控其运动。
他们发现幼虫在这段时间内提高了他们的狩猎技能。
一旦研究人员观察到幼虫的狩猎效率越来越高,他们便想知道这些变化是否与大脑的发育变化相关。
Goodhill教授说:“荧光钙成像可以同时记录许多神经元的活动,这使我们对神经编码的发展有了很多见识。”
“通过使用这种方法对幼虫的视神经外皮,我们可以同时研究许多神经元在单神经元水平上的功能变化。”
“然后我们使用了诸如信息论之类的数学技术来量化顶盖中的神经编码如何随着发展而变化。”