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看鱼思考

该技术使研究人员能够观察斑马鱼在追捕猎物时的大脑活动。

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扫描的斑马鱼大脑,显示其神经元在观察附近的猎物时激活的情况(以红色显示)。Muto 等人,Current Biology (2013)

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日本的研究人员首次捕捉到了活体动物在追捕猎物时的大脑活动。

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“眼见为实,” 日本国立遗传学研究所的分子和发育生物学家川上浩一 (Koichi Kawakami) 说道。 他说,过去,研究人员不得不间接推断大脑过程,通过观察行为并推测大脑必须在做什么。 这使得他的成就有了很大的改进。“没有什么比直接观察更好的了,”他说。

多年来,研究人员一直认为观察生物的神经元放电——以高分辨率,在动物自然行为时——是大脑观察的巅峰。 川上说,在人类中,神经影像技术显示大脑活动,但这些方法不够快或不够精细,无法提供清晰的图像。 对小鼠和老鼠的尝试一直具有挑战性:它们的大脑必须被打开,这具有侵入性,并且难以在自然条件下捕捉大脑活动。

在大多数动物(包括人类和啮齿动物)中,最大的问题是头骨和大脑是不透明的。 川上和他的团队通过选择斑马鱼作为模型来克服了这一障碍。 斑马鱼的胚胎和幼虫是透明的,并且它们的遗传信息是众所周知的。

研究人员对鱼的 DNA 进行了调整,使得只有在神经元放电时,神经元中存在的蛋白质才会发出荧光。 然后,他们以高分辨率观察了发育中的鱼类在自然环境中移动时,观察和攻击猎物时的神经元活动。

川上说:“鱼类和人类的基本大脑功能是保守的。”

他补充说:“我们希望通过研究鱼类大脑来了解细胞和分子层面的过程。”

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