科学家发现与鱼群行为相关的大脑回路
一群迁徙的大雁以明显的“V”字形在夏日的天空中滑翔……一群令人生畏的野牛在平原上轰隆隆地奔跑……一大群沙丁鱼齐声游动，令人着迷。几十年来，生态学家和动物行为专家一直在研究各种物种的此类群体行为。加州大学圣地亚哥分校的科学家现在正在从大脑的角度探究其根源。动物群体如何发展出协调一致的运动？如此多的个体大脑如何共享信息以产生单一、连贯的行为？
在《当代生物学》杂志上发表的文章中，生物科学学院助理教授 Matthew Lovett-Barron 实验室的博士后学者 David Zada 和 Lisanne Schulze 研究了微小透明玻璃鱼（Danionella cerebrum）群，以帮助揭开这些问题的有趣答案。
“集体社会行为，如鱼群和鸟群，是自然界中行为复杂性的显著表现，但对于这些行为如何从许多个体的大脑相互作用中产生，我们知之甚少，”神经生物学系助理教授洛维特-巴伦说。“我们对单个动物的神经过程如何产生合作行为知之甚少。”
研究人员的新发现之一是，玻璃鱼依靠视觉进行群体游动。研究人员通过一系列实验发现，虽然有些鱼类会利用水流感知进行群体游动，但玻璃鱼只使用视觉。
他们使用机器学习工具追踪不同年龄段鱼的运动，还发现随着个体的成熟，跟随协调群体运动的能力也会发展。
就像新生儿在成长过程中会发展出复杂的社交技能一样，玻璃鱼随着年龄的增长，也在不断完善自己在协调的社会群体中行动的能力。在正常社会环境中长大的玻璃鱼在两周大的时候会避开其他鱼，然后在四周后获得了与其他鱼聚集的能力，最终在六周后在鱼群中实现了完全的社会协调。
由于玻璃鱼非常透明，研究人员能够使用光学显微镜捕捉到它们大脑活动的图像。他们记录了沉浸在全景虚拟现实环境中的玻璃鱼大脑中数千个神经元，在这种环境中，鱼可以看到模仿群游体验的移动鱼形。
研究人员通过记录神经元中荧光蛋白 GCaMP 的图像，确定了活跃的电路。当神经元活跃时，钙离子进入细胞，GCaMP 就会发出更亮的光。这些活动记录表明，玻璃鱼的大脑会对社交伙伴的视线做出反应，成熟对社交视觉很重要。
虽然所有年龄段的玻璃鱼都能感知虚拟社交伙伴的运动，但只有年龄较大的鱼才能区分类似鱼的形状和非类似鱼的形状的运动。研究人员认为，这种视觉能力的发展使玻璃鱼能够将身体与社交伙伴对齐，以便在鱼群中正常游泳。
为了进一步研究这一想法，研究人员研究了在隔离环境中长大的鱼。与群养鱼相比，这些鱼表现出严重受损的群居行为和不成熟的社会刺激视觉处理能力。
“在自然界中，我们看到大型动物群体可以作为一个有凝聚力的单位移动，我们的实验室正在努力了解个体的大脑如何能够关注其社会伙伴的行为，从而产生这种群体层面的行为，”洛维特-巴伦说。“在这项研究中，我们发现这些社交能力在发育过程中逐渐显现，随着神经系统的成熟。”
玻璃鱼成年后体长只有 10-12 毫米（大约相当于一支铅笔的宽度），最近才成为生物学研究的模型系统。与玻璃鱼关系密切的斑马鱼受到广泛研究，但随着年龄的增长，其体型和透明度都会下降。另一方面，玻璃鱼一生都保持体型小且近乎透明，为生物学家观察大脑活动提供了新的机会。
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