微小的蠕虫可以做出复杂的决定

根据动物的不同，他们必须做出很多决定。它们选择去哪里，吃什么，选择是逃跑还是对抗捕食者。即使是最小最简单的蠕虫做出复杂的决定，研究人员发现。

他们发现，蠕虫在选择两种可能的行为时可以考虑很多因素。考虑到蠕虫只有302个神经元，而人类有860亿神经元，这个复杂的过程令人惊讶。

“人类能够同时考虑多种因素，做出复杂而理性的决定。但这其中有多少是人类独有的，又有多少是可以通过一个简单得多的神经系统来实现的呢?索尔克研究所分子神经生物学实验室的博士后、第一作者凯瑟琳·夸奇告诉“拥抱树”。

“通过了解蠕虫只需要大约300个神经元就能做出的各种决定，我们可以开始区分哪些决定需要10万个神经元(果蝇)，7000万个神经元(老鼠)，或人类的860亿神经元。为了理解智力是如何从日益复杂的大脑中产生的，我们必须挑战最简单的神经系统的极限。”

研究人员研究了线虫Pristionchus面，是一种蛔虫。他们很好奇蠕虫在攻击竞争猎物时的动作。

“p .面我们研究的蠕虫大约有300个神经元——这是一个惊人的小数目。我们有理由认为，这个小小的神经系统会限制决策，”夸奇说。“简单的决策包括对环境中的一个或几个因素做出严格或习惯性的反应。beplay体育官网电脑反应的规则也很简单，比如靠近与食物有关的刺激，远离与伤害有关的刺激。”

这些都是在实验室中被研究的线虫最常观察到的简单决定。

“相比之下，复杂的决策考虑的是行动的结果以及这些结果如何有助于实现目标，”夸奇说。“这种决策使行为灵活，这意味着动物可以对自己的行为进行大的或微调的调整，以优化实现目标的机会。”

研究决策

过去，科学家们一直专注于研究可能参与决策过程的细胞和大脑连接。

他们会让动物为他们想要的每个选择执行不同的动作。例如，老鼠可能按一个杠杆得到糖水，或按另一个杠杆得到盐水。老鼠做出选择，研究人员就会看到它们想吃什么。

但是，当决策和结果不是非黑即白的时候，就更难理解这个过程了。

“当一个行为可能导致两种不同的结果时，你如何评估动物为什么要做这个行为?”Quach说。

这是研究人员面临的挑战，因为p .面能杀死并吃掉其他虫子吗秀丽隐杆线虫但它更喜欢吃更有营养的细菌。所以它在和猎物争夺营养细菌。

“当p .面攻击秀丽隐杆线虫目前还不清楚是否会发生这种情况p .面为了杀人而咬人秀丽隐杆线虫作为猎物，或为了摆脱竞争对手的细菌食物，”夸奇解释说。“蠕虫不能告诉我们它们为什么会做这些事情，所以我们必须想出一种不同的方式来进入蠕虫的思维。”

复杂的掠夺性反应

在他们的研究中，研究人员给这种蠕虫提供了成虫或幼虫的猎物，以及不同数量的细菌。他们知道p .面可以杀死和吃掉秀丽隐杆线虫因为它们体型较小，不吃很多细菌。

在这种情况下，p .面“咬人行为大多被认为是一种捕食反应。

但研究人员感到惊讶的是p .面还咬人秀丽隐杆线虫成年人。成年的体型要大得多，需要数小时的撕咬才能被杀死。他们想知道为什么食肉动物会花这么多时间和精力攻击猎物，而它们可以吃细菌。

“我们假设了这一点p .面可能咬成人秀丽隐杆线虫是为了保护细菌食物(领地性撕咬)，而不是为了猎物(掠食性撕咬)而杀死它，”夸奇说。

他们可以根据提供成虫或幼虫以及细菌时蠕虫叮咬行为的变化来确定它们是出于捕食还是领地原因。

研究人员使用神经经济学来预测在每种情况下咬人的方式应该发生的变化，这取决于目标是杀死猎物还是保护细菌食物。

“神经经济学告诉我们，当一个人(或动物)的行为可能导致多种潜在结果(如赌博)时，为了获得最优的回报，他应该如何行动，”夸奇说。“我们最著名的预测之一是关于在没有细菌的情况下叮咬的价值:掠夺性的叮咬应该是最有用的，因为猎物是唯一的食物选择，而领地性的叮咬应该是没有用的，因为没有细菌要保护。”

他们发现蠕虫的咬人行为与他们的预测相符。它最常咬竞争对手的幼虫是出于捕食的原因，通常咬成虫是为了领地。

我们很惊讶的是p .面与我们的预测相符，因为我们的预测假设这种掠食性蠕虫是理性的，可以考虑其行动的结果，”夸奇说。“情况很可能是这样的p .面总是咬秀丽隐杆线虫为了掠夺的目的，即使这样做是不理智的。”

研究结果发表在该杂志上当代生物学．

权衡选择

蠕虫在决定如何以及何时咬人之前，似乎会权衡潜在选择的利弊。研究人员表示，对于一个神经元如此稀少的生物来说，这是非常令人印象深刻的。科学家们一直认为它们很简单，它们咬人只是因为它们是掠食者。

“我们的研究结果特别令人兴奋，因为它表明，可能有大量的动物行为实际上比它们看起来要复杂得多——我们只需要更深入地挖掘，更努力地工作来找到它们，”夸奇说。

“这意味着要花时间去了解行为是如何与动物的自然生活相关的，然后利用这些信息来引出和评估对动物重要的复杂决策。”

研究人员很难理解动机，这就是为什么研究关注动机容易理解的行为。

“然而，我们发现的关于行为的细胞和电路机制只能和行为本身一样复杂，”夸奇说。“我们的研究促进了这样一种观点，即设计良好的行为分析可以在深入了解动物的动机和它如何做决定方面发挥很大作用，而这一切都是在我们开始研究神经元之前。”