蝴蝶大脑揭示认知创新所需的适应性调整

今日发表于《当代生物学》(Current Biology)的研究探讨了Heliconius蝴蝶行为创新的神经学基础，该属是已知唯一同时取食花蜜和花粉的蝴蝶属。作为此行为的一部分，它们展现出学习和记忆食物源空间信息的非凡能力——这种技能此前被认为与大脑中负责学习和记忆的结构"蕈形体"的扩张有关。

主要作者、布里斯托大学生物科学学院的马克斯·法恩沃思博士解释道："大脑扩容如何支持认知提升、行为精确性或灵活性引发了广泛关注。但在脑扩张过程中，整体尺寸增加与内部结构变化的影响往往难以区分。"

为解答此问题，研究者深入探究了支撑Heliconius蝴蝶学习记忆功能的神经回路变化。神经回路与电路高度相似：每个细胞都有特定连接目标，通过连接构成网络，继而形成回路实现特定功能。

通过蝴蝶大脑的精细分析，团队发现称为"肯扬细胞"的特定细胞群以不同速率扩张。这种差异导致"镶嵌式脑进化"模式——部分脑区扩张而其他区域保持不变，宛如彼此迥异的马赛克瓷砖。

法恩沃思博士阐述："我们推测，由于观察到这种神经变化的镶嵌模式，其将与行为表现的特定转变相关联——这与系列学习实验结论一致：Heliconius仅在某些特定情境（如长期视觉记忆和模式学习）中优于近缘物种。"

因花粉植物颇为稀少，Heliconius蝴蝶需建立高效采食路线方能摄取花粉。

项目导师兼合著者斯蒂芬·蒙哥马利博士表示："这些蝴蝶并非随机觅食，而是选择花卉资源间的固定路线——类似公交线路。该行为所需的规划与记忆过程由蕈形体内部神经元集群实现，这正是我们对其内部回路着迷的原因。研究结果表明，这些回路的特定方面经过微调，从而增强了Heliconius蝴蝶的能力。"

本研究深化了对神经回路如何变化以反映认知创新与变革的理解。在昆虫等易操作模型系统中检验神经回路，有望揭示所有神经回路共有的遗传与细胞机制，从而至少在机制层面弥合与其他生物（包括人类）的认知鸿沟。

展望未来，团队计划探索蝴蝶大脑中超越学习记忆中心的神经回路，同时致力于提升脑图谱分辨率，以期在更微观层面可视化单个神经元的连接方式。

法恩沃思博士表示："最令我着迷的是，我们既观察到大脑解剖结构与进化历程的高度保守性，又发现极其显著而独特的改变。"

"这完美揭示了生物多样性的隐藏层面——大脑与感官系统的多样性，以及动物处理利用环境信息的独特方式，实为引人入胜的精彩范例。"蒙哥马利博士总结道。