“這一研究不僅揭示了單一神經(jīng)元活動(dòng)對(duì)于線(xiàn)蟲(chóng)行為偏好的關(guān)鍵作用，還為神經(jīng)科學(xué)研究提供了新的框架，即在行為形成過(guò)程中可能存在極小的神經(jīng)回路單元甚至是單個(gè)神經(jīng)元，來(lái)直接影響動(dòng)物的決策和偏好。”武漢大學(xué)俞雁尋教授告訴 DeepTech。

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近日，她和團(tuán)隊(duì)通過(guò)操控 ASER 神經(jīng)元的鈣離子水平，在不同環(huán)境條件下調(diào)節(jié)了線(xiàn)蟲(chóng)的酒精偏好，展示了神經(jīng)元活動(dòng)與行為之間的密切關(guān)系。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果突破了傳統(tǒng)的觀(guān)點(diǎn)，表明復(fù)雜行為并非完全依賴(lài)于大規(guī)模的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而是可能由少數(shù)神經(jīng)元的活動(dòng)調(diào)控。

這項(xiàng)研究也有望為神經(jīng)調(diào)控技術(shù)提供新思路。通過(guò)光遺傳學(xué)等技術(shù)精準(zhǔn)操控特定神經(jīng)元的活動(dòng)，讓人們可以更精確地探索神經(jīng)系統(tǒng)與行為之間的因果關(guān)系，從而為針對(duì)焦慮癥、抑郁癥、成癮等神經(jīng)系統(tǒng)疾病開(kāi)發(fā)新型治療方法提供了潛在的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

從進(jìn)化的角度來(lái)看，這項(xiàng)研究還可能揭示了偏好行為決策的基礎(chǔ)機(jī)制，暗示了在進(jìn)化過(guò)程中可能會(huì)逐漸形成某些神經(jīng)回路，進(jìn)而成為動(dòng)物行為選擇的初步雛形。通過(guò)對(duì)于單個(gè)神經(jīng)元功能的精確調(diào)控，或許能夠揭示行為偏好如何在不同物種中進(jìn)化出不同的模式，甚至為神經(jīng)行為學(xué)的跨物種研究提供借鑒。

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2018 年之前，俞雁尋在美國(guó)布蘭迪斯大學(xué)從事線(xiàn)蟲(chóng)神經(jīng)環(huán)路的研究。后來(lái)，俞雁尋回國(guó)入職武漢大學(xué)。入職不久，已從華中科技大學(xué)畢業(yè)的陳遠(yuǎn)華博士找到俞雁尋，向俞雁尋分享了他在博士期間發(fā)現(xiàn)的一個(gè)有趣現(xiàn)象：線(xiàn)蟲(chóng)能夠被酒精的氣味吸引。這一現(xiàn)象不僅此前從未被報(bào)道過(guò)，而且吸引效果十分明顯。陳遠(yuǎn)華表示希望能在俞雁尋實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步研究這一問(wèn)題，俞雁尋當(dāng)即欣然同意。2019 年夏，陳遠(yuǎn)華正式加入俞雁尋實(shí)驗(yàn)室，隨后薛偉康同學(xué)也加入進(jìn)來(lái)。

這項(xiàng)研究的最初動(dòng)機(jī)并非為了解決特定的科學(xué)問(wèn)題，而是源于研究團(tuán)隊(duì)對(duì)于這一現(xiàn)象的純粹好奇。1997 年，美國(guó)科學(xué)家戴維·朱利葉斯（David Julius）實(shí)驗(yàn)室從感覺(jué)神經(jīng)元中克隆出第一個(gè)溫度受體。2010 年，美國(guó)科學(xué)家雅頓·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian）實(shí)驗(yàn)室又克隆出第一個(gè)壓力受體。這兩位科學(xué)家也因此獲得 2021 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。在此之后，許多研究者都希望能夠發(fā)現(xiàn)新的感覺(jué)受體。俞雁尋團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)也曾考慮過(guò)研究線(xiàn)蟲(chóng)的酒精感受是否也依賴(lài)于某種獨(dú)特的受體。

然而，他們并未找到新的酒精受體，但卻揭示了一個(gè)關(guān)于線(xiàn)蟲(chóng)酒精感受的全新神經(jīng)環(huán)路范式?！斑@或許正是科學(xué)探索的魅力所在，它往往伴隨著一定的隨機(jī)性，而真正的突破常常在意想不到的方向上發(fā)生?！庇嵫銓け硎?。

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具體到研究步驟來(lái)說(shuō)：

首先，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)線(xiàn)蟲(chóng)對(duì)于酒精的趨向性會(huì)受到環(huán)境中氯化鈉濃度的影響。氯化鈉濃度較低的時(shí)候，線(xiàn)蟲(chóng)喜歡酒精并會(huì)朝著酒精運(yùn)動(dòng)；氯化鈉濃度較高的時(shí)候，線(xiàn)蟲(chóng)排斥酒精并會(huì)朝著酒精相反的方向運(yùn)動(dòng)。

其次，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這種對(duì)于酒精不同偏好的行為是由多個(gè)神經(jīng)元冗余介導(dǎo)的，其中一個(gè)叫做 ASER 的感覺(jué)神經(jīng)元起著重要作用，它能夠同時(shí)介導(dǎo)線(xiàn)蟲(chóng)對(duì)于酒精的喜好和排斥。

再次，在不同的氯化鈉濃度下，ASER 神經(jīng)元在接受酒精刺激之后，其胞內(nèi)鈣離子的反應(yīng)存在一定差異。這些不同的鈣離子濃度變化決定著 ASER 神經(jīng)元到底會(huì)激活哪個(gè)下游神經(jīng)元，從而決定線(xiàn)蟲(chóng)最終對(duì)于酒精的喜好和排斥。

在俞雁尋眼中“最酷”的一個(gè)現(xiàn)象是，他們利用光遺傳學(xué)技術(shù)在低氯化鈉濃度之下操縱了線(xiàn)蟲(chóng) ASER 神經(jīng)元內(nèi)的鈣離子水平。此時(shí)，線(xiàn)蟲(chóng)原本應(yīng)表現(xiàn)出對(duì)于酒精的喜歡，但是由于他們直接干預(yù)了神經(jīng)元活動(dòng)，線(xiàn)蟲(chóng)卻轉(zhuǎn)而表現(xiàn)出對(duì)酒精的排斥。相反，在高氯化鈉濃度下，線(xiàn)蟲(chóng)本應(yīng)表現(xiàn)出對(duì)酒精的排斥，但當(dāng)通過(guò)光遺傳學(xué)手段操縱 ASER 鈣離子水平，它們又轉(zhuǎn)而表現(xiàn)出對(duì)于酒精的喜好。因此，研究團(tuán)隊(duì)將論文標(biāo)題定為《單神經(jīng)元的鈣活動(dòng)能夠操縱線(xiàn)蟲(chóng)的偏好行為》（Calcium levels in ASER neurons determine behavioral valence by engaging distinct neuronal circuits in C. elegans）。

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至于能否將本次成果落地，俞雁尋認(rèn)為這在很大程度上取決于他們后續(xù)能否在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的機(jī)制。她相信這樣的機(jī)制是存在的，只是由于哺乳動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)的復(fù)雜性，目前她和團(tuán)隊(duì)尚未找到。

如果未來(lái)他們能夠成功識(shí)別出在調(diào)控個(gè)體偏好方面發(fā)揮關(guān)鍵作用的特定神經(jīng)元，那么或許可以通過(guò)針對(duì)這些神經(jīng)元進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，進(jìn)而來(lái)影響人類(lèi)的偏好。大膽設(shè)想一下，這不僅可能改變個(gè)人的興趣愛(ài)好，甚至有可能在更深層次上塑造人的決策模式。如果該團(tuán)隊(duì)能對(duì)大腦的神經(jīng)調(diào)控機(jī)制有著更深入的理解，并能開(kāi)發(fā)出安全、可控的調(diào)節(jié)手段，那么其應(yīng)用前景將會(huì)極為廣闊。例如，在治療成癮、增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、優(yōu)化個(gè)體社會(huì)行為等方面都有可能帶來(lái)新的進(jìn)展。

當(dāng)然，這也伴隨著倫理和安全上的挑戰(zhàn)。那么，如何確保這種技術(shù)不會(huì)被濫用？如何在干預(yù)個(gè)體偏好的同時(shí)尊重自由意志？這些問(wèn)題都很值得深入思考。但是無(wú)論如何，這項(xiàng)研究或許蘊(yùn)含著這樣的潛力。

目前，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)著手了一些后續(xù)研究，其中包括尋找調(diào)控這一現(xiàn)象的神經(jīng)遞質(zhì)，以及分析其在發(fā)育過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化。同時(shí)，俞雁尋期待其他實(shí)驗(yàn)室在研究哺乳動(dòng)物神經(jīng)環(huán)路時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的規(guī)律，并推動(dòng)這一領(lǐng)域的深入發(fā)展，也希望未來(lái)能見(jiàn)證更多相關(guān)研究的突破。

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與此同時(shí)，作為一名現(xiàn)階段主要以線(xiàn)蟲(chóng)為模式生物研究神經(jīng)生物學(xué)的科研人員，俞雁尋深知線(xiàn)蟲(chóng)常被認(rèn)為是一種“無(wú)用”的模式生物，人們普遍認(rèn)為它難以提供對(duì)人類(lèi)健康具有實(shí)際價(jià)值的信息。然而，俞雁尋認(rèn)為這種觀(guān)點(diǎn)是片面的。

首先，俞雁尋認(rèn)為科學(xué)研究的核心是思路和邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性，而非所使用的模式生物的“高級(jí)”與否。選擇合適回答科學(xué)問(wèn)題的模式生物，而不是盲目追求高等生物。她舉例稱(chēng)，美國(guó)科學(xué)家蘇珊·林德奎斯特（Susan Lindquist）曾在酵母中研究阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病，當(dāng)時(shí)許多人質(zhì)疑酵母如何能研究如此復(fù)雜的人類(lèi)疾病。但事實(shí)上，這些疾病的核心問(wèn)題在于蛋白質(zhì)折疊和穩(wěn)態(tài)的失衡，而酵母恰恰是研究這一過(guò)程的一個(gè)理想模型。事實(shí)證明，她的研究取得了突破性成果，并展現(xiàn)出巨大的轉(zhuǎn)化潛力，不僅催生了多家生物科技公司，還推動(dòng)了藥物研發(fā)，她還受到了時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬的接見(jiàn)。

此外，轉(zhuǎn)化研究的成功依賴(lài)于廣闊而扎實(shí)的基礎(chǔ)研究。2020 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主?，敿~埃勒·沙爾龐捷（Emmanuelle Charpentier）曾說(shuō)：“基礎(chǔ)研究是樹(shù)，而轉(zhuǎn)化研究是樹(shù)上結(jié)出的果實(shí)?！比绻芯?jī)H圍繞轉(zhuǎn)化價(jià)值展開(kāi)，而忽視基礎(chǔ)理論的探索，那么科學(xué)知識(shí)的根基將難以穩(wěn)固。事實(shí)上，這與投資的邏輯類(lèi)似——在早期階段，研究團(tuán)隊(duì)很難預(yù)測(cè)哪些項(xiàng)目最終會(huì)帶來(lái)最大的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，但一個(gè)多元且扎實(shí)的知識(shí)體系，能夠?yàn)槲磥?lái)的突破提供最大的可能性。

因此，俞雁尋希望所有嚴(yán)謹(jǐn)且富有創(chuàng)新價(jià)值的研究都能獲得應(yīng)有的支持，不論它們是否立刻展現(xiàn)出應(yīng)用價(jià)值?？茖W(xué)的發(fā)展需要耐心和遠(yuǎn)見(jiàn)，而真正推動(dòng)前沿突破的，往往正是那些曾被低估的基礎(chǔ)研究。

參考資料：

1.Xue, W., Chen, Y., Lei, Z. et al. Calcium levels in ASER neurons determine behavioral valence by engaging distinct neuronal circuits in C. elegans.Nat Commun16, 1814 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57051-x

運(yùn)營(yíng)/排版：何晨龍