映射运动

我们的日常生活可以被看作是一系列复杂的运动序列:早晨的例行公事，工作或学校的任务，我们在吃饭时间采取的行动，在晚上和周末编织的仪式和习惯。他们几乎是无意识的，几乎没有有意识的思考。

然而，在现实中，它们是我们一路上所做的无数决定和身体调整的结果，这要感谢大脑中由我们通过感官接收到的信息所引导的持续的信号处理。

加州大学圣巴巴拉分校的研究人员朱莉·辛普森(Julie Simpson)对这些复杂的运动序列的形成过程很感兴趣，特别是神经信号是如何被转换成我们的身体行为的。

辛普森是分子、细胞和发育生物学系的助理教授，他说:“每天早上起床后，你都要决定如何度过这一天。”“你可以用四肢做很多事情，它们由运动神经元驱动，由大脑的指令控制。“人类有各种各样的行为，我们经常会经历竞争驱力。我们如何选择先做什么?

要弄清人类大脑活动是如何协调身体运动的，有许多明显的挑战，其中最重要的是人类大脑网络的复杂性。幸运的是，果蝇(Drosophila melanogaster)——一种我们拥有完整基因组的典型生物——拥有一个类似的但简单得多、容易驾驭得多的系统。辛普森和她的研究小组利用果蝇发现了一些神经机制，这些神经机制导致了果蝇行为中复杂的运动序列，特别是那些控制着修饰行为的神经机制。修饰行为是一种普遍的果蝇行为，通过有针对性的腿部运动来清除体内的灰尘。

发表在《当代生物学》(Current Biology)杂志上的一篇论文中，除了增进了我们对大脑和身体运作方式的基本了解外，这些发现还有助于我们深入了解大脑信号传导的病理机制，比如帕金森氏症或强迫症。

通过光遗传学——利用光来激活特定的神经元——和有针对性的、竞争性的光，研究人员能够在果蝇实验对象中打开或关闭这些神经元的小组，以观察果蝇选择表现出何种行为。在这种情况下，当苍蝇误以为全身都是灰尘时，它必须决定先清洁哪一部分。

“如果你立刻给他们所有脏东西，他们会怎么做?””辛普森说。

结果表明，果蝇通常有一个标准的——但不是固定的——梳理顺序。它们用腿来扫头，然后是腹部，然后是翅膀，每次扫荡的时候，它们都要抬起、栽植和滑动腿。

辛普森说:“发生前向行为的概率总是比后向行为高，但具体的模式和过渡点是不同的，所以这不是一个完全固定的行为模式。”他们在做概率性的选择。”

实验室发现，果蝇做出的选择是对每个区域的灰尘水平进行空间比较的结果。“尘埃”实际上是光发生刺激的红光，就像一个机械感觉的虚拟现实，可以更好地控制神经元的激活。

“我们发现空间比较更重要;随着时间的推移，果蝇没有跟踪感官输入，”该研究的主要作者Neil Zhang说。“他们会比较身体的不同部位，比如头部和腹部。“看起来，头部区域通常在竞争中获胜，这可能是由于眼睛和头部有大量的机械感觉刚毛，这使得身体的这一部分成为优先清洁的区域。

“黑暗中的苍蝇仍然会先清洁它们的眼睛。”盲目的苍蝇仍然会先清洁他们的眼睛，”辛普森说。但是“秃头”苍蝇(那些没有鬃毛的苍蝇)会有一种较弱的动力去首先攻击眼睛。

果蝇接收到的感官输入——不仅是机械的，还有视觉、嗅觉和其他感官——被发送到它们大脑中的特定区域，然后被发送到目前还不太为人所知的神经回路，这些神经回路负责协调决定做什么和不做什么。

“这种计算是由他们的神经系统完成的，”张说。下一步是找出哪些神经元和哪些回路在进行比较。“这是一个艰巨的任务，即使对相对简单的果蝇来说，考虑到它拥有成千上万的神经元。但是，有了基因工具、电子显微镜数据中的接线图和功能成像技术，这一领域的研究人员已经有了一个良好的开端。

这些行为实验是一个关键线索。辛普森说:“现在我们有了一个更好的想法，那就是我们应该寻找什么样的回路，因为有了空间比较重要性的行为证据。”