蝴蝶Heliconius max Farnworth

　　蝴蝶Heliconius max Farnworth

　　一种大脑结构异常扩张的热带蝴蝶显示出一种与认知创新有关的迷人的神经扩张马赛克模式。

　　这项研究发表在今天的《当代生物学》杂志上，研究了Heliconius蝴蝶行为创新的神经基础，这是已知唯一以花蜜和花粉为食的蝴蝶属。作为这种行为的一部分，它们展示了一种非凡的学习和记忆食物来源空间信息的能力——这种能力以前与一种叫做蘑菇体的大脑结构的扩张有关，这种结构负责学习和记忆。

　　该研究的主要作者、布里斯托大学生物科学学院的马克斯·法恩沃思博士解释说：“人们对更大的大脑如何支持更强的认知能力、行为精确度和灵活性非常感兴趣。”但在大脑扩张过程中，通常很难将整体尺寸增加的影响与内部结构的变化区分开来。”

　　为了回答这个问题，该研究的作者深入研究了蝴蝶神经回路中支持学习和记忆的变化。神经回路与电路非常相似，因为每个细胞都有特定的连接目标，并通过它们的连接组成一个网络。然后，这个网络通过构建电路来引出特定的功能。

　　通过对蝴蝶大脑的详细分析，研究小组发现，某些被称为凯尼恩细胞的细胞群以不同的速度扩张。这种变异导致了一种被称为“马赛克大脑进化”的模式，大脑的某些部分扩张，而其他部分保持不变，就像马赛克瓷砖一样，彼此之间都非常不同。

　　法恩沃斯博士解释说：“我们预测，因为我们看到了这些神经变化的马赛克模式，这些将与行为表现的特定变化有关——这与一系列学习实验一致，这些实验表明，Heliconius只在非常特定的环境中表现得比它们的近亲更好，比如长期视觉记忆和模式学习。”

　　为了以花粉为食，蝴蝶需要有有效的取食途径，因为花粉植物非常罕见。

　　项目主管和合著者斯蒂芬·蒙哥马利博士说：“这些蝴蝶并没有随机的觅食路线，而是在植物资源之间选择固定的路线——类似于公共汽车路线。”这种行为所需的计划和记忆过程是由蘑菇体内的神经元集合完成的，因此我们对整个内部电路着迷。我们的研究结果表明，这些电路的特定方面已经被调整，从而提高了蝴蝶的能力。”

　　这项研究有助于理解神经回路如何改变以反映认知创新和变化。在可处理的模型系统（如昆虫）中检查神经回路有望揭示所有神经回路共有的遗传和细胞机制，从而有可能弥合至少在机制层面上与其他生物（如人类）的差距。

　　展望未来，研究小组计划探索蝴蝶大脑学习和记忆中心以外的神经回路。他们还致力于提高大脑图谱的分辨率，以便在更细粒度的层面上可视化单个神经元是如何连接的。

　　法恩沃思博士说：“我们在大脑解剖和进化中看到如此高度的守恒，但随后又看到非常明显的变化，这一事实令我非常着迷。”

　　蒙哥马利博士总结道：“这是我们通常看不到的生物多样性的一个非常迷人和美丽的例子，大脑和感觉系统的多样性，以及动物处理和利用周围环境提供的信息的方式。”

　　论文:

　　Max Farnworth, Theodora Loupasaki， Antoine Couto和Stephen Montgomery在《当代生物学》上发表的“Heliconiini蝴蝶学习和记忆回路的马赛克进化”。