将人脑细胞移植到老鼠脑中,还能“看到”光|环球科学要闻

作者: 韩佳桐、马一瑗、不周

来源: 环球科学

发布日期: 2023-02-03 12:15:08

最新研究显示,人脑类器官移植到老鼠大脑后能对视觉刺激产生反应,揭示了类器官与宿主大脑的功能整合。同时,研究发现蚂蚁的觅食行为并非随机,而是结合了系统性搜索和随机寻找,这种行为模式可能为设计自动搜索机器人提供启示。

移植到成年老鼠体内后,人脑类器官对视觉刺激有反应。已有研究显示,人类大脑类器官可以与发育中的啮齿动物大脑结合。然而,这些类器官移植物能否在功能上与受损成年大脑的视觉系统相结合还有待探索。近日,发表于《细胞·干细胞》的一项研究表明,实验室培养的神经元团块(大脑类器官)可以与老鼠的脑结合,并对视觉刺激作出反应。

研究者在实验室培养了大约80天的人类干细胞来源的神经元,然后将它们移植到视觉皮层受损的成年老鼠的大脑中。在3个月内,移植的类器官已经与宿主的大脑融为一体:生成血管、神经元的大小和数量都在增长、发出神经元投射,并与宿主的神经元形成突触。研究小组利用荧光标记的病毒沿着突触跳跃,从一个神经元到另一个神经元,来检测和追踪类器官和宿主老鼠的脑细胞之间的物理连接。

研究者发现,当动物暴露在闪烁的灯光和交替的白黑条带中时,类器官内的大量神经元对特定的光线方向做出了反应,这说明这些类器官神经元不仅能够与视觉系统整合,而且能够接受视觉皮层的特定功能。

蚂蚁“漫步”看似随机,实则目的明确。过去科学家一直认为,蚂蚁在寻找未知位置的目标时,纯粹是随机行走。但近期发表在《交叉科学》上的一项研究发现,有一种岩蚁并不是随机行走的,相反,它们的觅食行为是系统性搜索和随机寻找的结合。

研究人员发现一种岩蚁Temnothorax rugatulus在探索巢穴周围区域时,表现出一种引人注目的、有规律的蜿蜒模式。

他们将整个蚁群搬到了实验室,在那里他们可以很容易地在恒定的条件下自动跟踪所有蚂蚁。通过对蚂蚁的轨迹与计算机模拟的随机行走模式,他们发现78%的蚂蚁在10毫米左右(约蚂蚁的3个体长)表现出显著的负自相关性。这意味着蚂蚁在一个方向上转弯之后,通常会在大约恒定的距离后,在相反方向上转弯。这种类似分形的结构可能使蚂蚁的搜索更有效率,因为昆虫既可以待在巢穴附近,又不用重复搜索相同的区域。

研究人员表示,这项新研究首次在自由觅食的动物身上发现了通过有规律的漫步来有效搜索的证据,揭示了蚂蚁的一种复杂行为。蚂蚁在进化过程中解决了集体搜索的问题,这很可能有助于设计自动搜索机器人或无人机,用于搜索灾区或未开发的地区。

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