比較與演化神經科學

秀麗隱桿線蟲連接組

連接組是一張完整的神經系統接線圖:它標出每一個神經元,並畫出它們彼此之間的每一處連接。秀麗隱桿線蟲連接組,就是為一種微小的土壤線蟲——秀麗隱桿線蟲——繪製的這張圖,也是有史以來第一張為整隻動物完成的連接組。由於成年雌雄同體的線蟲恰好有302個神經元,而且每一隻個體的數目都相同,它的整個神經系統才得以被逐個神經元地標繪出來。

繪製它是一項極其費力的手工活。20世紀70至80年代,由約翰·懷特和悉尼·布倫納帶領的團隊,把線蟲切成數千張比肥皂泡還薄的切片,在電子顯微鏡下逐張拍攝,再用肉眼在整疊圖像中逐一追蹤哪個神經元與哪個相接。這項成果於1986年發表,被暱稱為《一條蠕蟲的心智》,為生物學獻上了第一份活體生物的完整電路圖。

這張圖譜把這條線蟲變成了環路神經科學的奠基性模式生物——環路神經科學研究的是,相互連接的一群群神經元如何產生行為。在已知每一個細胞和每一處連接的前提下,研究者可以精確地追問:一個固定的環路是如何產生進食、交配或逃避危險的,並通過單獨開啟或關閉某個神經元來檢驗自己的答案。在繪製更大腦圖(例如果蠅和小鼠的腦圖)這一困難得多的工作中,它至今仍是參照點,也是靈感來源。

在線蟲頭部附近輕輕一碰,牠就會倒退;連接組清楚地顯示出這條簡單逃避反應所經過的、從觸覺感受器一直連到肌肉的完整神經元鏈條。

在完整接線圖已知的情況下,連一條線蟲的反射也能被逐個細胞地追蹤出來。

那個著名的302個神經元的數目針對的是成年雌雄同體;雄性線蟲因為交配所需的額外細胞而擁有更多神經元。

又稱
worm wiring diagram302-neuron connectome线虫连接组線蟲連接組
另見