Nature：揭示与果蝇选择在何处产卵相关的神经机制

父母们为了给他们的孩子一个最好的人生开端而费尽心机---合适的学区、钢琴课、牙齿矫正。果蝇也不例外，即使为它们的后代设置成功的条件更为基本：如果你是一只果蝇，找到合适的产卵地点---一个既不会被蜘蛛咬，也不会饿死的地方---是你将做出的最重要的人生决定之一。

如今，在一项新的研究中，来自美国洛克菲勒大学的研究人员揭示了果蝇在决定在哪里产卵时是如何考虑它们的选择的---这些发现可能为理解人类如何做出有教养的和战略性的决定奠定一个基础。相关研究结果于2023年7月5日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“A rise-to-threshold process for a relative-value decision”。

论文第一作者、Gaby Maimon领导的洛克菲勒大学综合大脑功能实验室博士后Vikram Vijayan说，“我们在果蝇的大脑中发现了上升到阈值的钙信号，它最终引导在几个选项中做出选择，在这种情况下，就是在哪里产卵。从总体上讲，这是理解大脑中的信息处理如何转化为不同行动的重要一步。”

决定时间

所有的决定都不是平等的。有些决定很容易在眨眼间做出---如果一块石头向你的脸呼啸而来，你会不假思索地躲开。但有些决定，如在餐馆点菜，是通过权衡不同的选择而做出的，可能需要几分钟的时间。

果蝇在考虑把它们的卵留在哪里就是这种情况。为了研究这个问题，Vijayan建造了一个可旋转的小型跑步机，让头部固定的果蝇走过蔗糖浓度不同的表面，以便模拟它们在现实世界中可能遇到的水果的不同部分。由于果蝇在原地行走，这些作者可以在果蝇仔细考察不同选项时测量它们的大脑活动。

与此同时，他们着重关注一组特定的脑细胞，称之为控制产卵的下行细胞（oviposition descending neuron, oviDN），在之前的研究工作中，它们通常与产卵的能力有关。

这些作者试图了解这些脑细胞的活动是否可能告知果蝇在何时何地产卵。之前的神经科学研究已表明，与作出决定相关的细胞表现出的活动在做出决定时上升到一个阈值水平。然而，这些过去的信号只在几秒钟或更短的时间内上升，这意味着它们可以解释一个人在石头呼啸而来时是如何躲避的，但不能解释一个人是如何在餐馆里选择晚餐的。

通过对OviDN的活动进行成像，这些作者发现了一种钙信号，该信号在果蝇检查不同的产卵选择时上下波动，最终在产卵开始的那一刻正好达到阈值或峰值水平。他们在过去的研究工作基础上更进一步，发现这种上升过程可能需要一分钟或更长时间才能达到阈值，为这一较长时间尺度的决定提供了一种新的机制。

最初，这些作者只是观察神经元过程；但后来，他们开始小心翼翼地调整这个过程，看看它是否会影响所做的决定。有时，Vijayan激活这些神经元以加快上升到阈值的过程。当他这样做时，他注意到，一旦神经元活动达到阈值，果蝇就会产卵，这就证实了产卵的决定确实与这个过程达到阈值有关。

图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06271-6。

Vijayan说，“一般来说，在任何动物中都很难将阈值的跨越与行动的启动进行因果联系。但在这种情况下， 我们发现这种上升到阈值的过程导致了一个行动的发生。”

在其他时候，Vijayan温和地抑制了OviDN，延长了它们参与的过程达到阈值的时间。在这些实验中，果蝇需要更长的时间来做出决定，当它们做出决定时，它们也做出了更准确的决定。也就是说，它们将更多的卵产在符合它们在野外预期偏好的基质上。

这一发现表明了一些人类早已怀疑的事情---通常，我们越愿意权衡选项，我们就越有可能选择一个更好的选项，从而做出更好的决定。Vijayan说，“果蝇也是如此。果蝇花在探索上的时间越多，它们就越倾向于选择一个可能确保后代更好生存的选项。”

新的途径

这些作者认为，这项新研究的发现最终可能为作出决定的过程在哺乳动物甚至可能是人类中如何展开提供参考。

Maimon说，“这项新的研究使我们能够想象，当我们早上挑选衣服时，我们自己的大脑中可能存在一个类似的上升到阈值的过程---一个类似于我们的果蝇正在执行的任务。”他还指出，如果我们能够了解健康大脑中长达几分钟的决定过程是如何运作的，这会有助于为治疗神经精神疾病的方法提供信息，因为在这些疾病中，患者的作出决定能力在这个时间尺度上会发生改变。

作为下一步，Maimon和Vijayan希望了解使作出决定的上升信号得以建立的分子机制。Maimon说，“我们在这些神经元中看到的钙信号有时会上下移动，其中的原因我们无法解释。我们探索了一种因素---不同选项的相对化学成分，以解释钙信号的上升和下降。探索其他因素可能有助于我们更全面地了解这一过程是如何展开的，从而了解自然界中的动物是如何在几分钟内作出决定的。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Vikram Vijayan et al. A rise-to-threshold process for a relative value decision. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06271-6.

2. Researchers discover neuronal mechanism linked to a minutes-long decision process in fruit flies
https://medicalxpress.com/news/2023-07-neuronal-mechanism-linked-minutes-long-decision.html