你有没有想过，一只苍蝇是如何在瞬间躲开你的？长期以来，科学家们一直对帮助苍蝇几乎瞬间逃脱危险的闪电般快速的反应着迷。但尽管经过数十年的研究，他们仍然没有完全理解大脑究竟如何在单个神经连接层面协调这些快速反应。
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绘制苍蝇快速逃逸的神经线路
现在，佛罗里达大西洋大学的一项新研究首次提供了与果蝇（Drosophila melanogaster）这些逃逸行为相关的专门神经线路系统的完整蓝图。利用有史以来最详细的果蝇神经系统图谱之一，研究人员揭示了称为轴突-轴突突触的罕见神经元间连接如何帮助微调驱动瞬间逃逸反应的快速信号。
这些发现发表在iScience上，为大脑如何以非凡速度处理信息提供了新的见解，弥合了神经线路与运动功能之间的关键差距，并为无脊椎动物和脊椎动物快速决策的下一代模型奠定了基础。
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详解轴突-轴突连接
佛罗里达大西洋大学（FAU）的研究人员利用迄今组装的最详细的神经图谱之一，分析了果蝇腹神经索（相当于昆虫的脊髓）中全部1,314个下行神经元。这些神经元源自大脑，负责将指令传送到身体。
研究团队挖掘了一个完整的电子显微镜“连接组”——一幅高分辨率的神经系统线路图——以识别每一个轴突-轴突连接的实例。轴突-轴突连接是一种专门的神经元间通讯方式，其中一个轴突在信号到达肌肉或其他靶细胞之前直接影响另一个轴突。
“我们的发现揭示了一套此前隐藏的布线逻辑，说明了神经系统如何实现快速可靠的运动控制，”资深作者Rodrigo Pena博士说。他是FAU查尔斯·E·施密特理学院生物科学助理教授，任教于朱庇特约翰·D·麦克阿瑟校区，同时也是FAU斯泰尔斯-尼科尔森脑研究所的成员。
“特别让人兴奋的是，我们发现了一种去中心化通信策略，既高效又极其稳健。这套原理可能是从昆虫到脊椎动物都共同遵循的保守蓝图，最终可能有助于我们更好地理解大脑如何协调快速决策、运动和生存行为。”
给一个去中心化、有韧性的运动网络建模
研究人员结合大规模计算建模、网络分析，以及用光激活特定神经元的活体光遗传学实验，来弄清这些罕见连接如何影响快速运动反应。他们的分析显示，在所有可能的神经元配对中，只有大约1%会形成这种连接。
“虽然这种连接很少见，但这个网络创造了一个高效通信系统，信号只要几步就能迅速传遍运动回路，”佩纳说。
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研究还发现，果蝇的运动控制网络的工作方式与许多其他已知的大脑系统不同。它并非依赖少数几个占主导地位的“超级枢纽”神经元，而是将控制权分散在众多相互连接的“中介”神经元之间，形成了一种既灵活又有弹性的去中心化架构。这样一来，果蝇既能快速做出反射性动作，又能协调全身行动，还不会因为某个环节出问题就整个失灵。
对跨物种快速决策的启示
重要的是，研究人员证明，特定的轴突-轴突型神经元可以直接放大被称为巨纤维的逃逸指令神经元，让快速逃逸信号更容易被触发。轴突-轴突型神经元在哺乳动物中很难被发现和研究，但这些结果之所以引人注目，是因为它们可以解释这种不寻常连接类型的重要性。研究结果表明，这些特化突触充当了强大的调节器，能够在运动开始之前增强、抑制或同步运动指令。
“这项研究让我们第一次能在这么细的层面上看清神经通信，”该研究的第一作者、查尔斯·E·施密特理学院的博士后研究员、FAU斯泰尔斯-尼科尔森大脑研究所成员塞萨尔·C·塞巴洛斯博士表示。“发现如此稀疏的连接仍然可以创建一个能够如此迅速影响行为的全系统网络，这简直太让人意外了。这说明这些隐藏回路在控制快速反应时，可能比我们原来以为的还要重要。”
更多信息： Cesar Ceballos等人，《果蝇连接组揭示了下行神经元上的轴突-轴突突触》，《iScience》(2026)。 DOI: 10.1016/j.isci.2026.115624
本文由佛罗里达大西洋大学提供
这篇报道最初发表在 Phys.org 上。
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