行為選擇與神經系統(下)─感知神經細胞與行為

承繼上一篇文章(行為選擇與神經系統(上)─線蟲的趨化性與定向)，我們已經知道線蟲能夠感測到化學分子濃度的時變率。當時變率為正，線蟲蠕行(Runs)的機率比較高，反之時變率為負，線蟲迴旋(Pirouettes)機率比較高，兩種行為交替出現，使得線蟲可以沿著化學分子的來源前進。然而，刺激與反應之間，仍舊存在一個巨大的黑盒子：線蟲的神經系統。

線蟲有21顆神經細胞被歸類為感知神經細胞(Senseroy neuron)，這些細胞的表面有許多受體(Receptor)，能夠感測環境中不同的化學分子。但是，該如何確認感知神經細胞與行為的關聯性？這個有趣的問題，被一個比較性的實驗解決。神經科學家使用雷射逐一破壞特定的感知神經細胞，並觀察線蟲的行為。實驗結果顯示，當命名為ASE的一對神經細胞被破壞時，線蟲在溶液中就無法有效地尋找化學分子的來源，因此ASE在趨化性中扮演主導行為的角色。但是，新的問題接踵而來。

ASE是一對感知神經細胞，在線蟲的左右側，分別命名為ASEL與ASER。傳統上，多數的感知神經細胞，分子濃度高則反應強，反之(也有濃度低反應強的類型)。然而，行為實驗指出，線蟲會對濃度的時變率作反應，這代表可能需要其他神經細胞的參與。為確認這個疑問，科學家透過鈣離子影像法觀察ASE的反應，實驗發現ASE可直接對分子濃度的時變率作反應，而且ASEL與ASER的結果大不相同。當分子濃度隨時增加，ASEL的反應增強，ASER的反應不顯著；反之，分子濃度隨時減少，ASER的反應增強，ASEL則不顯著。科學家更進一步發現，ASEL的活性與蠕行的機率正相關，ASER的活性，則與迴旋的機率正相關。實驗結果意外地推翻科學家原先的猜想，ASE既能感知濃度的時變率，左右兩側的ASE又分別具有不同反應，以驅動蠕行與迴旋兩種行為，也就是說，在沒有其他訊息的干擾下，行為的選擇基本上在感知端就已經決定，而且只透過兩顆神經細胞，精簡而有效。

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撰文者：蔡昇益

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原始論文：Hiroshi Suzuki ..et al "Functional asymmetry in Caenorhabditis elegans taste

neurons and its computational role in chemotaxis"  Nature letter  Vol 454| 3 July 2008

https://www.nature.com/nature/journal/v454/n7200/full/nature06927.html