原创 DeepTech深科技 2025-05-09 16:44 北京
“这一研究不仅揭示了单一神经元活动对于线虫行为偏好的关键作用，还为神经科学研究提供了新的框架，即在行为形成过程中可能存在极小的神经回路单元甚至是单个神经元，来直接影响动物的决策和偏好。”武汉大学俞雁寻教授告诉 DeepTech。
“这一研究不仅揭示了单一神经元活动对于线虫行为偏好的关键作用，还为神经科学研究提供了新的框架，即在行为形成过程中可能存在极小的神经回路单元甚至是单个神经元，来直接影响动物的决策和偏好。”武汉大学俞雁寻教授告诉 DeepTech。
图 | 俞雁寻（来源：俞雁寻）
近日，她和团队通过操控 ASER 神经元的钙离子水平，在不同环境条件下调节了线虫的酒精偏好，展示了神经元活动与行为之间的密切关系。这一实验结果突破了传统的观点，表明复杂行为并非完全依赖于大规模的神经网络，而是可能由少数神经元的活动调控。
这项研究也有望为神经调控技术提供新思路。通过光遗传学等技术精准操控特定神经元的活动，让人们可以更精确地探索神经系统与行为之间的因果关系，从而为针对焦虑症、抑郁症、成瘾等神经系统疾病开发新型治疗方法提供了潜在的理论基础和技术支持。
从进化的角度来看，这项研究还可能揭示了偏好行为决策的基础机制，暗示了在进化过程中可能会逐渐形成某些神经回路，进而成为动物行为选择的初步雏形。通过对于单个神经元功能的精确调控，或许能够揭示行为偏好如何在不同物种中进化出不同的模式，甚至为神经行为学的跨物种研究提供借鉴。
（来源：Nature Communications）
2018 年之前，俞雁寻在美国布兰迪斯大学从事线虫神经环路的研究。后来，俞雁寻回国入职武汉大学。入职不久，已从华中科技大学毕业的陈远华博士找到俞雁寻，向俞雁寻分享了他在博士期间发现的一个有趣现象：线虫能够被酒精的气味吸引。这一现象不仅此前从未被报道过，而且吸引效果十分明显。陈远华表示希望能在俞雁寻实验室进一步研究这一问题，俞雁寻当即欣然同意。2019 年夏，陈远华正式加入俞雁寻实验室，随后薛伟康同学也加入进来。
这项研究的最初动机并非为了解决特定的科学问题，而是源于研究团队对于这一现象的纯粹好奇。1997 年，美国科学家戴维·朱利叶斯（David Julius）实验室从感觉神经元中克隆出第一个温度受体。2010 年，美国科学家雅顿·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian）实验室又克隆出第一个压力受体。这两位科学家也因此获得 2021 年诺贝尔生理学或医学奖。在此之后，许多研究者都希望能够发现新的感觉受体。俞雁寻团队当时也曾考虑过研究线虫的酒精感受是否也依赖于某种独特的受体。
然而，他们并未找到新的酒精受体，但却揭示了一个关于线虫酒精感受的全新神经环路范式。“这或许正是科学探索的魅力所在，它往往伴随着一定的随机性，而真正的突破常常在意想不到的方向上发生。”俞雁寻表示。
（来源：Nature Communications）
具体到研究步骤来说：
首先，研究团队发现线虫对于酒精的趋向性会受到环境中氯化钠浓度的影响。氯化钠浓度较低的时候，线虫喜欢酒精并会朝着酒精运动；氯化钠浓度较高的时候，线虫排斥酒精并会朝着酒精相反的方向运动。
其次，研究团队发现这种对于酒精不同偏好的行为是由多个神经元冗余介导的，其中一个叫做 ASER 的感觉神经元起着重要作用，它能够同时介导线虫对于酒精的喜好和排斥。
再次，在不同的氯化钠浓度下，ASER 神经元在接受酒精刺激之后，其胞内钙离子的反应存在一定差异。这些不同的钙离子浓度变化决定着 ASER 神经元到底会激活哪个下游神经元，从而决定线虫最终对于酒精的喜好和排斥。
在俞雁寻眼中“最酷”的一个现象是，他们利用光遗传学技术在低氯化钠浓度之下操纵了线虫 ASER 神经元内的钙离子水平。此时，线虫原本应表现出对于酒精的喜欢，但是由于他们直接干预了神经元活动，线虫却转而表现出对酒精的排斥。相反，在高氯化钠浓度下，线虫本应表现出对酒精的排斥，但当通过光遗传学手段操纵 ASER 钙离子水平，它们又转而表现出对于酒精的喜好。因此，研究团队将论文标题定为《单神经元的钙活动能够操纵线虫的偏好行为》（Calcium levels in ASER neurons determine behavioral valence by engaging distinct neuronal circuits in C. elegans）。
图 | 相关论文（来源：Nature Communications）
至于能否将本次成果落地，俞雁寻认为这在很大程度上取决于他们后续能否在哺乳动物中发现类似的机制。她相信这样的机制是存在的，只是由于哺乳动物神经系统的复杂性，目前她和团队尚未找到。
如果未来他们能够成功识别出在调控个体偏好方面发挥关键作用的特定神经元，那么或许可以通过针对这些神经元进行精准调控，进而来影响人类的偏好。大胆设想一下，这不仅可能改变个人的兴趣爱好，甚至有可能在更深层次上塑造人的决策模式。如果该团队能对大脑的神经调控机制有着更深入的理解，并能开发出安全、可控的调节手段，那么其应用前景将会极为广阔。例如，在治疗成瘾、增强学习动机、优化个体社会行为等方面都有可能带来新的进展。
当然，这也伴随着伦理和安全上的挑战。那么，如何确保这种技术不会被滥用？如何在干预个体偏好的同时尊重自由意志？这些问题都很值得深入思考。但是无论如何，这项研究或许蕴含着这样的潜力。
目前，实验室已经着手了一些后续研究，其中包括寻找调控这一现象的神经递质，以及分析其在发育过程中的动态变化。同时，俞雁寻期待其他实验室在研究哺乳动物神经环路时，能够发现类似的规律，并推动这一领域的深入发展，也希望未来能见证更多相关研究的突破。
（来源：Nature Communications）
与此同时，作为一名现阶段主要以线虫为模式生物研究神经生物学的科研人员，俞雁寻深知线虫常被认为是一种“无用”的模式生物，人们普遍认为它难以提供对人类健康具有实际价值的信息。然而，俞雁寻认为这种观点是片面的。
首先，俞雁寻认为科学研究的核心是思路和逻辑的严谨性，而非所使用的模式生物的“高级”与否。选择合适回答科学问题的模式生物，而不是盲目追求高等生物。她举例称，美国科学家苏珊·林德奎斯特（Susan Lindquist）曾在酵母中研究阿尔茨海默病等神经退行性疾病，当时许多人质疑酵母如何能研究如此复杂的人类疾病。但事实上，这些疾病的核心问题在于蛋白质折叠和稳态的失衡，而酵母恰恰是研究这一过程的一个理想模型。事实证明，她的研究取得了突破性成果，并展现出巨大的转化潜力，不仅催生了多家生物科技公司，还推动了药物研发，她还受到了时任美国总统奥巴马的接见。
此外，转化研究的成功依赖于广阔而扎实的基础研究。2020 年诺贝尔化学奖得主埃玛纽埃勒·沙尔庞捷（Emmanuelle Charpentier）曾说：“基础研究是树，而转化研究是树上结出的果实。”如果研究仅围绕转化价值展开，而忽视基础理论的探索，那么科学知识的根基将难以稳固。事实上，这与投资的逻辑类似——在早期阶段，研究团队很难预测哪些项目最终会带来最大的经济回报，但一个多元且扎实的知识体系，能够为未来的突破提供最大的可能性。
因此，俞雁寻希望所有严谨且富有创新价值的研究都能获得应有的支持，不论它们是否立刻展现出应用价值。科学的发展需要耐心和远见，而真正推动前沿突破的，往往正是那些曾被低估的基础研究。
参考资料：
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 Commun 16, 1814 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57051-x
