一隻聰明的魚:來自剛果的電魚可能掌握著我們如何移動的關鍵

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幾十年來,神經科學家一直在構建大腦功能理論,儘管幾乎完全缺乏關於數量最多的神經元——小腦顆粒細胞的資料。這些相對簡單的細胞占人類大腦中近 860 億個神經元中的 700 億個,緊密地 packed 在小腦中,小腦是一個西蘭花狀的結構,位於我們大腦的後部下方。小腦顆粒細胞構成大腦回路的一部分,該回路具有驚人的規則,幾乎是晶體狀的結構。

然而,這種直接的解剖結構的目的讓研究人員感到困惑。在 20 世紀 60 年代,一個由神經科學家、計算機科學家和數學家組成的團隊提出理論,認為這些細胞在小腦學習運動技能的能力中發揮著重要作用。幾組研究人員開始檢驗這一理論,他們想象,很快,我們對大腦的理解將向前邁出一大步。但是,收集關於顆粒細胞的資料結果證明並非易事。它們的密集 packed 、小尺寸和位於大腦深處使得傳統實驗技術難以觸及它們。該理論已經懸而未決 40 年,給小腦研究人員的努力蒙上了一層陰影。

最近,一種可能的發現途徑來自一個不尋常的來源:電魚Gnathonemus petersii,長期以來,它因擁有異常巨大的小腦而讓神經科學家著迷。透過在活體電魚中使用微型電極認真記錄單個顆粒細胞的活動,哥倫比亞大學卡夫利腦科學研究所的神經科學家內特·索特爾(Nate Sawtell)發現了支援 20 世紀 60 年代理論的首批直接證據,該理論認為顆粒細胞可以增強小腦學習精細運動等技能的能力。我目前是該研究所的博士候選人。索特爾表明,接收來自這些細胞輸入的神經元能夠根據運動和感覺訊號的組合來預測魚尾的位置,這是運動技能學習的關鍵一步。索特爾是少數研究這種魚的神經科學家之一,但他的結果表明,這種魚有可能幫助解決這個長期存在的謎團。


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瞭解小腦顆粒細胞的功能可能會帶來進一步的重要發現。在人類中,小腦與大腦其餘部分的廣泛連線表明,它的功能遠不止學習運動技能:它已被證明在知覺和認知中都起作用,最近的研究將小腦功能障礙與諸如精神分裂症和自閉症等複雜疾病聯絡起來。現在是開始傾聽 700 億沉默的大多數的時候了,由於一種小電魚擁有巨大的小腦,我們現在開始這樣做了。

大眾科學雜誌 第 305 卷 第 3 期這篇文章最初以“一隻聰明的魚:來自剛果的電魚可能掌握著我們如何移動的關鍵”為標題發表在《大眾科學》雜誌 第 305 卷 第 3 期 ()
doi:10.1038/scientificamerican092011-2pS8GKbXyVKE70SeQVBuWq
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