大腦如何判斷危險信號？深圳先進院發現防禦反應的「簡單」策略

2020-08-12 廣東科技報

在複雜多變的自然環境中，大腦如何「快速」「簡潔」「精準」地判斷天敵信號，產生快速且合適的防禦反應是物種得以生存與繁衍的重要前提。

近日，中國科學院深圳先進技術研究院王立平團隊發現動物大腦快速防禦天敵反應的「簡單」策略，相關成果發表於BMC Biology期刊。該研究揭示了小鼠的大腦在處理視覺線索時存在一個用於檢測天敵的「警戒範圍」，通過這種方式可以快速識別危險信號，並誘發防禦反應。助理研究員楊星、劉清晴和博士生鍾金玲為該論文的共同第一作者，王立平研究員為通訊作者。

自然環境中充斥著各種複雜的感覺線索，動物需要基於這些線索做出判斷。一方面，它們需要快速檢測到逼近的天敵，並採取恰當的防禦行為，來確保自身的安全；另一方面，它們不能對非危險性線索，比如飛過的昆蟲做出過度反應，以免白白耗費體力並錯失獲得食物和配偶的機會。這是動物在漫長的進化過程中逐漸形成的本能，對動物的生存和繁衍至關重要。

「視覺線索是動物快速檢測危險的重要依據，此前研究常用一個逐漸擴大的陰影圓盤來模擬捕食者的攻擊，並成功誘發了小鼠的本能防禦反應。這說明視覺系統在判斷危險信號時可能會忽略掉一些細節，只基於某些關鍵視覺線索進行判斷」楊星表示。

那麼動物到底基於哪些視覺線索來判斷風險，又有哪些線索是不需要過多關注的呢？在研究過程中，研究團隊開發了基於紅外觸控螢幕的小動物行為自動監測系統。通過給小鼠設定視覺刺激，記錄小鼠在遇到視覺刺激時的反應參數。

小鼠通過視覺刺激是否處於警戒範圍來判斷危險程度，並採用適當的行為反應

「我們的自動檢測系統可以記錄小鼠在裝置內的行為數據，例如小鼠大小、位置以及對應的時間，根據這些數據我們可以計算小鼠逃跑的速度、僵直的時間、站立的次數等等，數據的採集和後續的計算和統計都可由程序完成，可以說我們的系統基本實現了小鼠行為數據採集和分析的自動化。」楊星表示。

研究人員通過監測系統給小鼠呈現一系列以不同速度擴大、具有不同大小的圓盤陰影，記錄並量化分析了小鼠由這些視覺刺激引發的行為反應，包括逃跑、僵直和站立等。團隊發現，小鼠對圓盤陰影的大小變化和擴大速度的檢測存在一個「警戒範圍」，即大小處於10°至40°,擴大速度在57°/s至320°/s這個範圍內的圓盤陰影更容易引發強烈的逃跑反應。

基於研究中發現的「警戒範圍」，在進一步的驗證中，研究團隊根據動物大小和來襲速度，模擬倉鴞、蜻蜓、蒼蠅等動物對小鼠的視覺刺激。

團隊發現捕食鼠類的猛禽，如黑翅鳶、倉鴞等，它們在捕食過程中的影像基本符合小鼠的「警戒範圍」，而低危險性的視覺線索，如蒼蠅、蜻蜓等昆蟲靠近的影像，則與「警戒範圍」不重合或只有很少的重合。由此推測，「警戒範圍」代表發動攻擊的捕食者所具有的共同視覺特徵。

經過系列實驗後，團隊得出小鼠檢測捕食者的策略：小鼠基於視覺線索是否處於警戒範圍來做出反應，而不是為不同的天敵「定製」特定的檢測機制，這個簡單的策略有助於小鼠快速且精準地辨識真正的危險。該研究將有助於理解大腦處理危險信號的神經機制及其進化意義。

本報記者 劉肖勇 通訊員 嚴偲偲

相關焦點

  • 大腦如何判斷危險信號？研究發現防禦反應的「簡單」策略
    中科院深圳先進院供圖在複雜多變的自然環境中，大腦如何「快速」「簡潔」「精準」地判斷天敵信號，產生快速且合適的防禦反應是物種得以生存與繁衍的重要前提。近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員王立平團隊發現動物大腦快速防禦天敵反應的「簡單」策略，相關成果發表於BMC Biology。
  • 大腦如何判斷危險信號？防禦反應存在「簡單策略」
    來源：科技日報在複雜多變的自然環境中，大腦如何「快速」「簡潔」「精準」地判斷天敵信號，產生快速且合適的防禦反應是物種得以生存與繁衍的重要前提。 8月12日，記者從中國科學院深圳先進技術研究院獲悉，該院王立平團隊發現動物大腦快速防禦天敵反應的「簡單」策略，相關成果發表於BMC Biology期刊。
  • 深圳先進院發現大腦快速防禦天敵反應的「簡單」策略
    在複雜多變的自然環境中，大腦如何「快速」「簡潔」「精準」地判別天敵信號，產生快速且合適的防禦反應是物種得以生存與繁衍的重要前提。中國科學院深圳先進技術研究院王立平團隊近期發現動物大腦快速防禦天敵反應的「簡單」策略，在BMC Biology期刊在線發表題為A simple threat-detection strategy in mice的研究論文。
  • 「衢州健康資訊」大腦如何判斷危險信號？防禦反應存在「簡單策略」
    原標題：大腦如何判斷危險信號？防禦反應存在「簡單策略」　　在複雜多變的自然環境中，大腦如何「快速」「簡潔」「精準」地判斷天敵信號，產生快速且合適的防禦反應是物種得以生存與繁衍的重要前提。　　8月12日，記者從中國科學院深圳先進技術研究院獲悉，該院王立平團隊發現動物大腦快速防禦天敵反應的「簡單」策略，相關成果發表於BMC Biology期刊。
  • 科學家發現大腦判斷危險信號策略
    廣州日報訊 （全媒體記者 王納）在複雜多變的自然環境中，大腦如何「快速」「簡潔」「精準」地判斷天敵信號，產生快速且合適的防禦反應是物種得以生存與繁衍的重要前提。近日，中國科學院深圳先進技術研究院王立平團隊發現動物大腦快速防禦天敵反應的「簡單」策略，相關成果發表於BMC Biology期刊。
  • 當危險在靠近，大腦如何判斷？
    中科院深圳先進院供圖在複雜多變的自然環境中，大腦如何「快速」「簡潔」「精準」地判斷天敵信號，產生快速且合適的防禦反應是物種得以生存與繁衍的重要前提。近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員王立平團隊發現動物大腦快速防禦天敵反應的「簡單」策略，相關成果發表於BMC Biology。該研究揭示了小鼠的大腦在處理視覺線索時存在一個用於檢測天敵的「警戒範圍」，通過這種方式可以快速識別危險信號，並誘發防禦反應。助理研究員楊星、劉清晴和博士生鍾金玲為該論文的共同第一作者，王立平為通訊作者。
  • 發現小鼠防禦天敵反應「簡單」策略
    本報訊（見習記者刁雯蕙）近日，中科院深圳先進技術研究院研究員王立平團隊發現動物大腦快速防禦天敵反應的「簡單」策略，相關成果發表於《BMC生物學》。該研究揭示了小鼠大腦在處理視覺線索時，存在一個用於檢測天敵的「警戒範圍」，通過這種方式可以快速識別危險信號，並誘發防禦反應。
  • 大腦如何判斷危險信號 科學家發現「警戒範圍」
    在複雜多變的自然環境中，大腦如何快速、簡潔、精準地判斷天敵信號，並第一時間產生合適的防禦反應，是物種得以生存與繁衍的重要前提，也是科學家長期致力於破解的謎題。中國科學院深圳先進技術研究院研究員王立平團隊近日在「動物大腦快速防禦天敵反應的簡單策略」方面有了最新發現，相關成果發表於國際學術期刊《BMC生物學》（BMC Biology）。該研究揭示了小鼠的大腦在處理視覺線索時，存在一個用於檢測天敵的「警戒範圍」，通過這種方式可以快速識別危險信號，並誘發防禦反應。
  • 深圳先進院研發出基於陰離子雜化策略的新型電池
    深圳先進院研發出基於陰離子雜化策略的新型電池 2019-04-19 深圳先進技術研究院 【字體中 小】 語音播報 　　近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳
  • 深圳先進院等開發出一種人工基因組的高效簡化策略
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員戴俊彪團隊開發出一種被稱為SGC（SCRaMbLE-based genome compaction）的人工基因組的高效簡化策略，並以此方法刪除了第十二號染色體左臂中超過一半的非必需基因，為第一個最小真核基因組的構建、理解真核生命的核心組成奠定了理論和技術基礎
  • 中科院深圳先進院開發出人工基因組高效簡化策略—新聞—科學網
    中科院深圳先進院開發出人工基因組高效簡化策略Sc3.0正式拉開序幕，旨在構建首個真核最小基因組
  • 深圳先進院等在腫瘤光聲分子成像研究中取得進展
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所生物醫學光學與分子影像中心劉成波副研究員團隊、德克薩斯大學奧斯汀分校化學系Jonathan教授團隊、韓國高麗大學化學系Jong Seung教授團隊合作，探索了可拓展順磁性金屬卟啉類物質光聲成像機理，發現以金屬錳為中心的德克薩卟啉衍生物（錳德克薩卟啉：MMn）存在順磁性、德克薩卟啉強吸收性、無螢光發射損耗特性
  • 深圳先進院等研發出一種摩擦納米發電機的可編程策略
    今日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微納系統與仿生醫學研究中心王昊副研究員團隊提出了一種對於納米摩擦發電機器件進行可編程操作的策略，實現了不依賴於摩擦界面材料的改進，單純通過設定的操作程序實現電荷在器件內循環累積實現超高電壓輸出。
  • 深圳先進院製備「黑磷」實現量級增長
    究竟科研人員是如何馴服黑磷這匹「黑馬」的？未來這匹「黑馬」是否能變成「天馬」帶我們實現那些行空的想像？近日，中國科學院深圳先進技術研究院製備黑磷晶體產量實現了單管四個數量級的增長。為此，記者採訪了該院的副研究員王佳宏。四年前，剛剛從武漢大學博士畢業的王佳宏加入先進院喻學鋒科研團隊，如今黑磷這匹「黑馬」在他們手中正在逐漸被馴服。
  • ...大腦運轉密碼邁進!深圳先進院解析了首個完整腦神經突觸三維結構
    人類大腦只有10%左右被利用了，其他90%左右未利用，探索人類大腦的工作機制，揭秘這未被利用的部分，正是人類科學研究最偉大的挑戰之一。 大腦的內部究竟是何模樣？千億個腦神經元是如何工作的？近日，深圳先進院的科學家在破譯大腦運轉密碼上又邁出了重要一步。
  • 深圳先進院創建了一種串聯分子螢光互補方法
    近日，中國科學院深圳先進技術研究院合成所陳明海博士和中科院生物物理所研究員、深圳先進院合成所客座研究員張先恩創建了一種串聯雙分子螢光互補方法，基於光敏色素蛋白IFP2.0，合成螢光增強型近紅外分子生物傳感系統，使活體內和活細胞中蛋白質強相互作用、弱相互作用信號分別增強1.48和400倍，相關研究成果以A tandem near-infrared fluorescence complementation
  • 防禦有「道」研究發現植物抗病信號傳遞途徑
    中科院分子植物科學卓越創新中心上海植物逆境生物學研究中心外籍研究員羅莎 ·洛薩諾—杜蘭研究團隊發現了一條連接細胞膜和葉綠體的重要信號傳遞途徑，該途徑在植物感受到病原體威脅後能激活植物的抗病反應。相關成果8月24日在線發表於《細胞》。植物是地球上幾乎所有生命的基礎，植物和人類一樣，也會面臨周圍環境的各種威脅，同樣經歷「生老病死」。
  • 防禦有「道」 研究發現植物抗病信號傳遞途徑
    中科院分子植物科學卓越創新中心上海植物逆境生物學研究中心外籍研究員羅莎 ·洛薩諾—杜蘭研究團隊發現了一條連接細胞膜和葉綠體的重要信號傳遞途徑，該途徑在植物感受到病原體威脅後能激活植物的抗病反應。相關成果8月24日在線發表於《細胞》。
  • 朝破譯大腦運轉密碼邁進!深圳先進院解析了首個完整腦神經突觸三維...
    人類大腦只有10%左右被利用了，其他90%左右未利用，探索人類大腦的工作機制，揭秘這未被利用的部分，正是人類科學研究最偉大的挑戰之一。 大腦的內部究竟是何模樣？千億個腦神經元是如何工作的？近日，深圳先進院的科學家在破譯大腦運轉密碼上又邁出了重要一步。