蠕虫的'精神GPS”帮助它们寻找食物

蠕虫的’精神GPS”帮助它们寻找食物

萨尔克科学家提出理论，解释动物如何收集信息和转换注意力

拉霍亚——你把手机弄丢了。你开始扫描你记得放下它的地方：在你的梳妆台上。你在梳妆台上反复检查，然后在梳妆台周围和下方扩大搜索范围。最后，你从这个局部区域切换到更广阔的区域，将搜索范围扩大到你房间的其余部分以及更远的地方。.

在动物和食物方面，它们采用相似的策略来寻找食物（“觅食”）。现在，索尔克科学家们根据对线虫觅食的研究，发展出了一种基于数学理论的方法——该理论预测了动物如何决定从局部搜索转向广泛搜索。这一新理论有望以更统一的方式开始解释动物行为，为行为通用规则奠定基础，帮助我们理解复杂或混乱的注意力相关行为，例如注意力缺陷多动障碍（ADHD），甚至能让我们预测外星人的行为。.

动物们（上方面板）在密集搜索局部区域后，才会开始探索更大的“全局”区域（下方面板）。.

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图片：由萨克生物研究所提供

“你如何决定回家走哪条路，或者先解决哪个问题？这项理论正在探索什么最终使我们成为人类——我们如何根据不完整的信息做出决定，这会影响我们生活的方方面面，” 塔季扬娜·沙尔佩, 副教授 索尔克计算神经生物学实验室 该论文的通讯作者，该论文发表在 eLife 2014年12月9日.

蠕虫和其他动物经常沿着化学轨迹（例如气味）寻找食物。但当没有化学物质存在时，它们会切换到“信息趋向”搜索，在这个搜索中，信息收集分阶段在局部和全局进行。.

“令人惊讶的是，这些神经系统非常简单的生物体，却能执行——或者说近似执行——相当复杂、多步骤、长期的规划策略，”夏普说。.

这种搜索就像在拥挤的海滩上寻找朋友，说道 斯里坎特·查拉萨尼, 助理教授 分子神经生物学实验室, 霍尔兹曼（Holzman）表示，他是萨尔克研究所海伦·麦克洛林神经生物学发展主席，也是该项研究的联合资深作者。如果你认为你的朋友在一把蓝伞下，你不会直接冲向你看到的第一把蓝伞。你可能会先对现场进行更全面的勘察，扫视所有伞，排除没有蓝色的区域。如果仍然找不到你的朋友，你可能会将搜索范围扩大到蓝伞以外的其他地方。尽管你浪费了一些时间，但通过关注与目标不直接相关的事物，你仍然获得了大量关于此人可能在何处的信息。.

斯里坎斯·查拉萨尼和塔季扬娜·夏尔比

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图片：由萨克生物研究所提供

“相比于直接寻找目标，搜集关于目标的信息往往是更好的方法，”Chalasani 说。“而这篇论文在一个理论模型中证实了，你不需要大量的神经元来执行这些包含从局部搜索切换到全局搜索的任务——你可以通过使用仅三个神经元来近似它，就像在环节动物中一样。” 秀丽隐杆线虫.”

成功觅食对动物的生存至关重要。先前，, 秀丽隐杆线虫 已证明蠕虫会在它们认为有食物的区域进行剧烈搜索。大约 15 分钟后，它们会减弱搜索力度，并探索更广阔的区域。由于蠕虫没有化学梯度可循，该团队希望探索蠕虫行为的潜在策略。Sharpee 的实验室利用 Chalasani 的实验研究数据，开发了蠕虫的虚拟模拟来模拟它们的行为。.

尽管这一信息最大化理论已在少数几种行为中得到检验，但沙普利等人认为，它可以为理解跨物种、细胞、神经元乃至资源分配等更大规模现象的各种行为提供一个更大、统一框架的基础。.

接下来，研究人员计划观察线虫是否能够，以及在多大程度上，保持其觅食的心理地图，并探索信息搜索的能量成本和收益。.

该论文的作者包括亚当·卡尔洪（Adam Calhoun） 加州大学圣地亚哥分校, ，除了Sharpee和Chalasani。.

该工作由一项资助 国家科学基金会 研究生研究奖学金，以及 加州大学圣迭戈分校神经计算研究所 研究生奖学金授予亚当·卡尔霍恩， 丽塔·艾伦基金会 致 Sreekanth Chalasani 和美国国家科学基金会职业奖， 美国国立卫生研究院, 麦克奈特神经科学基金会 和 雷·托马斯·爱德华兹基金会 致塔季扬娜·夏尔佩。.

关于索尔克生物研究所：
索尔克生物学研究所是世界上首屈一指的基础研究机构之一，其国际知名的教职员工在一个独特的、协作和创新的环境中，深入探索生命科学的基本问题。索尔克科学家既注重科学发现，也注重培养下一代研究人员，通过研究神经科学、遗传学、细胞生物学、植物生物学及相关学科，为我们理解癌症、衰老、阿尔茨海默病、糖尿病和传染病做出了开创性的贡献。.

教职员工的成就获得了无数荣誉，包括诺贝尔奖和美国国家科学院院士资格。该研究所由脊髓灰质炎疫苗先驱 Jonas Salk 医生于 1960 年创立，是一家独立的非营利组织和建筑地标。.