多亏了古老的大脑迷路的鱼找到了自己的路

一条斑马鱼游向它的预定目标，但强大的水流将它推离了航线。尽管如此，小鱼还是游回了原来的位置，决心完成它的旅程。

动物如何知道它们在环境中的位置，这又如何决定它们随后的选择?HHMI 珍妮莉亚研究园区的科学家发现，后脑——大脑后部进化上保守或“古老”的区域——帮助动物计算它们的位置，并使用该信息来确定它们下一步需要去哪里。

这项新研究于12 月 22 日发表在《细胞》杂志上，揭示了“古大脑”部分的新功能，这些发现可能适用于其他脊椎动物。

全脑成像揭示新网络

为了弄清楚动物如何理解它们在环境中的位置，由Ahrens 实验室的博士后 En Yang 领导的研究人员将体长不到半厘米的微小半透明斑马鱼置于模拟水流的虚拟现实环境中。当水流出乎意料地改变时，鱼最初会被推离航线;但是，他们能够纠正该运动并回到他们开始的地方。

当斑马鱼在虚拟现实环境中游泳时，研究人员使用 Janelia 开发的全脑成像技术来测量鱼脑中发生的事情。这种技术允许科学家搜索整个大脑，以查看哪些电路在他们的课程纠正行为中被激活，并解开所涉及的各个组件。

研究人员预计会在前脑中看到激活——海马体就位于此，海马体包含动物环境的“认知地图”。令他们惊讶的是，他们在延髓的几个区域看到了激活，在这些区域，有关动物位置的信息正从一个新发现的回路通过称为下橄榄的后脑结构传输到小脑中的运动回路，从而使鱼能够移动。当这些通道被阻塞时，鱼就无法回到原来的位置。

这些发现表明，脑干区域会记住斑马鱼的原始位置，并根据其当前和过去的位置生成错误信号。这些信息被传递到小脑，让鱼游回起点。这项研究揭示了下橄榄和小脑的一种新功能，众所周知，它们参与伸手和运动等动作，但不参与这种类型的导航。

新研究的第一作者 Yang 说：“我们发现这条鱼试图计算它当前位置和首选位置之间的差异，并利用这种差异产生错误信号。” “大脑将该错误信号发送到它的运动控制中心，这样鱼就可以在无意中被水流移动后纠正，即使是在几秒钟后。”

一种新的多区域后脑回路

目前尚不清楚这些相同的网络是否涉及其他动物的类似行为。但研究人员希望研究哺乳动物的实验室现在开始研究后脑，寻找用于导航的同源回路。

研究人员说，这种后脑网络也可能是其他导航技能的基础，例如当鱼游到特定的地方躲避时。

“对于这种导航形式，这是一个非常未知的电路，我们认为它可能是用于探索和基于地标的导航的高阶海马电路的基础，”Janelia 高级小组负责人 Misha Ahrens 说。