Cell：“古代大脑”的新功能

后脑是大脑的一个区域，控制着基本的生命功能，如心率、呼吸和平衡。后脑被认为是大脑最原始的部分，是脊髓和高级大脑区域之间的主要联系。

　　

一个多区域的后脑回路使动物在偏离路线后能够重新回到原来的路径。

一条斑马鱼朝目标游去，但强劲的水流把它推离了航道。小鱼毫不气馁地回到起点，决心完成它的旅程。

动物如何知道它们在环境中的位置，这又如何决定它们随后的选择?霍华德休斯医学研究所珍妮利亚研究园区的研究人员发现，后脑——大脑后部的一个进化上保守或“古老”的区域——帮助动物计算它们的位置，并利用这些信息找出它们下一步需要去的地方。

这项新研究最近发表在《Cell》杂志上，揭示了“古代大脑”部分的新功能，这些发现可能适用于其他脊椎动物。

为了弄清楚动物是如何理解自己在环境中的位置的，在Ahrens实验室的博士后En Yang带领下，研究人员将一条只有半厘米长的半透明斑马鱼放在一个模拟水流的虚拟现实环境中。当水流意外改变时，鱼最初会被推离航道;然而，他们能够纠正这个运动，回到他们开始的地方。

当斑马鱼在虚拟现实环境中游泳时，研究人员使用在Janelia开发的全脑成像技术来测量鱼大脑中发生的事情。这项技术使科学家能够搜索整个大脑，看看哪些回路在他们的航向纠正行为中被激活，并解开相关的单个组件。研究人员希望看到前脑的激活——海马体的位置，其中包含动物环境的“认知地图”。令他们惊讶的是，他们在延髓的几个区域看到了激活，在那里，有关动物位置的信息正在通过一个新发现的回路，通过一个称为下橄榄的后脑结构，传输到小脑中的运动回路，使鱼能够移动。当这些通道被阻断时，鱼就无法导航回到原来的位置。

这段视频展示了斑马鱼幼鱼的虚拟现实环境。鱼在模拟水流的二维环境中穿行。   

这些发现表明，斑马鱼的脑干区域能够记住其原始位置，并根据其当前和过去的位置产生错误信号。这个信息被传递到小脑，让鱼游回它的起点。这项研究揭示了下橄榄和小脑的一种新功能，已知它们与到达和移动等行为有关，但与这种类型的导航无关。

这项新研究的第一作者Yang说:“我们发现鱼试图计算当前位置和首选位置之间的差异，并使用这种差异来产生错误信号。大脑将错误信号发送到它的运动控制中心，这样鱼就可以在无意中被水流移动后纠正错误，甚至是在几秒钟后。”

一种新的多区域后脑回路

目前尚不清楚其他动物是否也存在同样的网络。但研究人员希望研究哺乳动物的实验室现在可以开始研究用于导航的后脑同源电路。

研究人员说，这种后脑网络也可能是其他导航技能的基础，比如当鱼游到特定的地方寻求庇护时。

“对于这种形式的导航，这是一个非常未知的电路，我们认为这可能是探索和基于地标的导航的更高阶海马电路的基础，”Janelia高级小组负责人Misha Ahrens说。

参考文献:“A brainstem integrator for self-location memory and positional homeostasis in zebrafish” by En Yang, Maarten F. Zwart, Ben James, Mikail Rubinov, Ziqiang Wei, Sujatha Narayan, Nikita Vladimirov, Brett D. Mensh, James E. Fitzgerald and Misha B. Ahrens, 22 December 2022, Cell