当果蝇决定它想要朝着一个特定的方向行走时，它会以令人印象深刻的决心坚持它的计划。现在，洛克菲勒的科学家们已经开始了解昆虫的大脑是如何制造并实现导航目标的。
在监测流动苍蝇时，研究人员表明，动物将目前的航向与目标方向进行比较，计算差异，并利用这些信息告知下一步。“自然神经科学”(Nature Neuroscience)中描述的这些发现揭示了大脑如何利用内部目标来指导细胞层面的瞬间动作。
一个方向
从昆虫到哺乳动物的动物都有特定的神经元，可以追踪它们面对的方式。这些神经元被称为头部方向或标题细胞，在动物的生存中起着至关重要的作用(如果你无法跟踪目前正在前进的方向，很难寻找食物或住所等资源)。
尽管如此，科学家仍然不确定标题细胞如何引导瞬间行为 - 例如，神经元如何促使动物左转或右转，加速或减速。为了调查这些问题，Jonathan Green，Vikram Vijayan和Peter Mussells Pires--Gaby Maimon实验室的研究人员 - 分析了野生果蝇。
“这些苍蝇将一次朝着同一方向行走，”迈蒙说。“但我们想要证明他们不仅仅是偶然地走路 - 我们相信他们有一个内部的目标方向，他们打算走路。”
在一系列实验中，研究人员将单个苍蝇拴在一个带有微小飞蝇孔的平板上，使它们保持在原位。然后苍蝇走在一个气垫球上，随着动物沿着它的表面奔跑而旋转。球周围是一个圆柱形LED阵列，一条垂直线照亮。这个明亮的酒吧作为一个视觉地标，对苍蝇来说，可以记录为太阳，月亮或其他一些遥远的参考点，通过它们跟踪他们的方向。
正如研究人员所预料的那样，苍蝇在参考明亮刺激的情况下擅长直线行走。例如，如果一只动物开始与它的右边45度的照明条进行旅行，那么它通常会保持这个方向几十分钟，有时超过一小时(长时间的苍蝇朝圣)。更令人印象深刻的是，当研究人员操纵LED显示屏使条形图向右或向左跳时，动物转动它们的身体，直到条形回到它们的首选角度。
这个实验证实苍蝇不是偶然直接行走，而是有一个内部生成的目标定向，通知他们的每一步。支持这一模型的研究人员发现，LED条移动的距离越远，动物的身体就越难转动。
此外，在酒吧跳跃之后，动物放慢速度 - 表明只有当他们知道他们沿着球门方向行走时，他们才会全速前进。
导航大脑
接下来，研究人员在追踪导航目标时监测和操纵苍蝇的大脑活动。具体来说，他们用苍蝇的标题细胞(也称为E-PGs)进行修补，这些细胞被认为是生物罗盘：随着苍蝇的转动，不同的E-PG变得活跃，创造了动物方向的内部表现。
通过刺激E-PG，Maimon的团队能够旋转飞行指南针，让动物相信他们正在偏离预定的轨迹。研究人员发现，在这次干预之后，苍蝇会放慢速度并转向与其指南针旋转程度相称的角度。
这一结果表明苍蝇的目的是将神经罗盘针保持在一些内部产生的目标角度 - 并且他们改变它们的行为以确保针留在那个最佳位置。换句话说，苍蝇似乎使用他们的内部罗盘式神经元，就像徒步旅行者在长途徒步旅行中使用传统指南针一样。
研究人员得出结论，虽然E-PG跟踪苍蝇的当前航向，但是尚未发现的一组不同的神经元或一组神经元连接必须存储动物的目标方向。然后飞脑计算其当前方向与其目标之间的差异，以确定转向的方式和难度。
“我们已经知道，自2015年以来，苍蝇在大脑中都有类似指南针的系统，但这项工作是第一个描述动物如何利用这个系统来指导航行行为的工作，”Maimon说。“因为哺乳动物的大脑具有类似特性的标题细胞，我们的工作可能最终有助于我们更好地理解人类如何导航 - 这一过程在精神疾病中受损，如阿尔茨海默病。”
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