Cell：动物利用电突触微调感官信息以做出更好的行动决定

在一项新的研究中，来自耶鲁大学和康涅狄格大学的研究人员在理解动物大脑如何做出决定方面迈出了重要一步，揭示了电突触（electrical synapses）在“过滤”感觉信息方面的关键作用。他们展示了电突触的特定配置如何使动物即使在面对类似的感官输入时也能做出与环境相适应的选择。

相关研究结果发表在2025年1月9日的Cell期刊上，论文标题为“Configuration of electrical synapses filters sensory information to drive behavioral choices”。

动物的大脑不断受到感官信息的轰炸——视觉、听觉、嗅觉等等。科学家们说，要理解这些信息，需要一个复杂的过滤系统，该系统专注于相关细节，并使动物能够采取相应的行动。这样的过滤系统并不是简单地屏蔽“噪音”，而是根据情况主动对信息进行优先级排序。专注于某些感官信息并部署特定环境中的行为被称为“动作选择（action selection）”。

这项研究集中在秀丽隐杆线虫身上，令人惊讶的是，它为理解动作选择的神经机制提供了一个强大的模型。秀丽隐杆线虫可以学会喜欢特定的温度；当处于一种温度梯度时，它使用一种简单但有效的策略来导航到其偏好的温度。

线虫首先在温度梯度上朝着它们喜欢的温度移动（一种称为“梯度迁移”的行为），一旦它们识别出更符合自己喜好的温度条件，它们就会跟踪该温度，这使它们能够保持在它们喜欢的范围内（一种称为“等温跟踪”的行为）。线虫还可以在环境特异性的方式执行这些行为，当它们远离他们偏好的温度时部署梯度迁移（gradient migration），当它们接近他们偏好的温度时进行等温跟踪（isothermal tracking）。但是，它们如何在正确的环境中执行正确的行为呢？

在这项新研究中，这些作者研究了神经元之间的一种特定类型的连接，称为电突触，它不同于更广泛研究的化学突触。他们发现，这些由一种名为INX-1的蛋白介导的电突触连接了一对特定的神经元（AIY神经元），这对神经元负责控制线虫的运动决策。

论文通讯作者、耶鲁大学医学院神经科学与细胞生物学教授Daniel Colón-Ramos说，“改变单对细胞中的这种电突触可以改变动物的选择。”

这些作者发现，这些电突触不仅传输信号，还充当“过滤器”。在INX-1功能正常的线虫中，这种电连接有效地抑制了来自热感觉神经元的信号，使它们能够忽略微弱的温度变化，专注于温度梯度中经历的较大变化。

这确保了线虫在梯度上有效地移动并朝向它们偏好的温度，而不会被与环境无关的信号分心，比如等温跟踪中经历的那些存在于整个梯度中但并不处于它们偏好的温度的信号。

然而，在缺乏INX-1的线虫中，AIY神经元变得过敏，对轻微的温度波动反应更强烈。这种超敏反应导致这些线虫对这些小信号做出反应，将它们困在非其偏好温度的等温线中。在不正确的环境中对等温线的这种异常跟踪会对线虫在温度梯度上向其偏好温度移动的能力产生不利影响。

Colón-Ramos说，“这就像看着一只困惑的鸟伸开腿飞翔。鸟类通常在着陆前伸展腿，但如果鸟类在不正确的环境中伸展腿，将不利于其正常行为和目标。”

由于电突触存在于从线虫到人类的许多动物的神经系统中，因此这些发现对线虫的行为之外的其他方面具有重要意义。

Colón-Ramos说，“科学家们将能够利用这些信息来研究单个神经元中的关系如何改变动物对环境的感知和反应。虽然动作选择的具体细节可能会有所不同，但电突触在偶联神经元以改变对感觉信息的反应方面的作用的基本原理可能是广泛适用的。例如，在我们的视网膜中，一组称为‘无长突细胞（amacrine cell）’的神经元在我们的眼睛适应光线变化时，使用类似的电突触结构来调节视觉敏感性。”

突触配置对动物处理感觉信息然后做出反应的方式至关重要，这项新研究中发现的结果表明，电突触的配置在调节神经系统如何处理特定环境的感觉信息以指导动物的感知和行为方面发挥着至关重要的作用。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Agustin Almoril-Porras et al. Configuration of electrical synapses filters sensory information to drive behavioral choices. Cell, 2025, doi:10.1016/j.cell.2024.11.037.