“這一研究不僅揭示了單一神經元活動對於線蟲行為偏好的關鍵作用，還為神經科學研究提供了新的框架，即在行為形成過程中可能存在極小的神經迴路單元甚至是單個神經元，來直接影響動物的決策和偏好。”武漢大學俞雁尋教授告訴 DeepTech。
圖 | 俞雁尋（來源：俞雁尋）
近日，她和團隊透過操控 ASER 神經元的鈣離子水平，在不同環境條件下調節了線蟲的酒精偏好，展示了神經元活動與行為之間的密切關係。這一實驗結果突破了傳統的觀點，表明複雜行為並非完全依賴於大規模的神經網路，而是可能由少數神經元的活動調控。
這項研究也有望為神經調控技術提供新思路。透過光遺傳學等技術精準操控特定神經元的活動，讓人們可以更精確地探索神經系統與行為之間的因果關係，從而為針對焦慮症、抑鬱症、成癮等神經系統疾病開發新型治療方法提供了潛在的理論基礎和技術支援。
從進化的角度來看，這項研究還可能揭示了偏好行為決策的基礎機制，暗示了在進化過程中可能會逐漸形成某些神經迴路，進而成為動物行為選擇的初步雛形。透過對於單個神經元功能的精確調控，或許能夠揭示行為偏好如何在不同物種中進化出不同的模式，甚至為神經行為學的跨物種研究提供借鑑。
（來源：Nature Communications）
2018 年之前，俞雁尋在美國布蘭迪斯大學從事線蟲神經環路的研究。後來，俞雁尋回國入職武漢大學。入職不久，已從華中科技大學畢業的陳遠華博士找到俞雁尋，向俞雁尋分享了他在博士期間發現的一個有趣現象：線蟲能夠被酒精的氣味吸引。這一現象不僅此前從未被報道過，而且吸引效果十分明顯。陳遠華表示希望能在俞雁尋實驗室進一步研究這一問題，俞雁尋當即欣然同意。2019 年夏，陳遠華正式加入俞雁尋實驗室，隨後薛偉康同學也加入進來。
這項研究的最初動機並非為了解決特定的科學問題，而是源於研究團隊對於這一現象的純粹好奇。1997 年，美國科學家戴維·朱利葉斯（David Julius）實驗室從感覺神經元中克隆出第一個溫度受體。2010 年，美國科學家雅頓·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian）實驗室又克隆出第一個壓力受體。這兩位科學家也因此獲得 2021 年諾貝爾生理學或醫學獎。在此之後，許多研究者都希望能夠發現新的感覺受體。俞雁尋團隊當時也曾考慮過研究線蟲的酒精感受是否也依賴於某種獨特的受體。
然而，他們並未找到新的酒精受體，但卻揭示了一個關於線蟲酒精感受的全新神經環路正規化。“這或許正是科學探索的魅力所在，它往往伴隨著一定的隨機性，而真正的突破常常在意想不到的方向上發生。”俞雁尋表示。
（來源：Nature Communications）
具體到研究步驟來說：
首先，研究團隊發現線蟲對於酒精的趨向性會受到環境中氯化鈉濃度的影響。氯化鈉濃度較低的時候，線蟲喜歡酒精並會朝著酒精運動；氯化鈉濃度較高的時候，線蟲排斥酒精並會朝著酒精相反的方向運動。
其次，研究團隊發現這種對於酒精不同偏好的行為是由多個神經元冗餘介導的，其中一個叫做 ASER 的感覺神經元起著重要作用，它能夠同時介導線蟲對於酒精的喜好和排斥。
再次，在不同的氯化鈉濃度下，ASER 神經元在接受酒精刺激之後，其胞內鈣離子的反應存在一定差異。這些不同的鈣離子濃度變化決定著 ASER 神經元到底會啟用哪個下游神經元，從而決定線蟲最終對於酒精的喜好和排斥。
在俞雁尋眼中“最酷”的一個現象是，他們利用光遺傳學技術在低氯化鈉濃度之下操縱了線蟲 ASER 神經元內的鈣離子水平。此時，線蟲原本應表現出對於酒精的喜歡，但是由於他們直接干預了神經元活動，線蟲卻轉而表現出對酒精的排斥。相反，在高氯化鈉濃度下，線蟲本應表現出對酒精的排斥，但當透過光遺傳學手段操縱 ASER 鈣離子水平，它們又轉而表現出對於酒精的喜好。因此，研究團隊將論文標題定為《單神經元的鈣活動能夠操縱線蟲的偏好行為》（Calcium levels in ASER neurons determine behavioral valence by engaging distinct neuronal circuits in C. elegans）。
圖 | 相關論文（來源：Nature Communications）
至於能否將本次成果落地，俞雁尋認為這在很大程度上取決於他們後續能否在哺乳動物中發現類似的機制。她相信這樣的機制是存在的，只是由於哺乳動物神經系統的複雜性，目前她和團隊尚未找到。
如果未來他們能夠成功識別出在調控個體偏好方面發揮關鍵作用的特定神經元，那麼或許可以透過針對這些神經元進行精準調控，進而來影響人類的偏好。大膽設想一下，這不僅可能改變個人的興趣愛好，甚至有可能在更深層次上塑造人的決策模式。如果該團隊能對大腦的神經調控機制有著更深入的理解，並能開發出安全、可控的調節手段，那麼其應用前景將會極為廣闊。例如，在治療成癮、增強學習動機、最佳化個體社會行為等方面都有可能帶來新的進展。
當然，這也伴隨著倫理和安全上的挑戰。那麼，如何確保這種技術不會被濫用？如何在干預個體偏好的同時尊重自由意志？這些問題都很值得深入思考。但是無論如何，這項研究或許蘊含著這樣的潛力。
目前，實驗室已經著手了一些後續研究，其中包括尋找調控這一現象的神經遞質，以及分析其在發育過程中的動態變化。同時，俞雁尋期待其他實驗室在研究哺乳動物神經環路時，能夠發現類似的規律，並推動這一領域的深入發展，也希望未來能見證更多相關研究的突破。
（來源：Nature Communications）
與此同時，作為一名現階段主要以線蟲為模式生物研究神經生物學的科研人員，俞雁尋深知線蟲常被認為是一種“無用”的模式生物，人們普遍認為它難以提供對人類健康具有實際價值的資訊。然而，俞雁尋認為這種觀點是片面的。
首先，俞雁尋認為科學研究的核心是思路和邏輯的嚴謹性，而非所使用的模式生物的“高階”與否。選擇合適回答科學問題的模式生物，而不是盲目追求高等生物。她舉例稱，美國科學家蘇珊·林德奎斯特（Susan Lindquist）曾在酵母中研究阿爾茨海默病等神經退行性疾病，當時許多人質疑酵母如何能研究如此複雜的人類疾病。但事實上，這些疾病的核心問題在於蛋白質摺疊和穩態的失衡，而酵母恰恰是研究這一過程的一個理想模型。事實證明，她的研究取得了突破性成果，並展現出巨大的轉化潛力，不僅催生了多家生物科技公司，還推動了藥物研發，她還受到了時任美國總統奧巴馬的接見。
此外，轉化研究的成功依賴於廣闊而紮實的基礎研究。2020 年諾貝爾化學獎得主埃瑪紐埃勒·沙爾龐捷（Emmanuelle Charpentier）曾說：“基礎研究是樹，而轉化研究是樹上結出的果實。”如果研究僅圍繞轉化價值展開，而忽視基礎理論的探索，那麼科學知識的根基將難以穩固。事實上，這與投資的邏輯類似——在早期階段，研究團隊很難預測哪些專案最終會帶來最大的經濟回報，但一個多元且紮實的知識體系，能夠為未來的突破提供最大的可能性。
因此，俞雁尋希望所有嚴謹且富有創新價值的研究都能獲得應有的支援，不論它們是否立刻展現出應用價值。科學的發展需要耐心和遠見，而真正推動前沿突破的，往往正是那些曾被低估的基礎研究。
參考資料：
1.Xue, W., Chen, Y., Lei, Z. et al. Calcium levels in ASER neurons determine behavioral valence by engaging distinct neuronal circuits in C. elegans. Nat Commun 16, 1814 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57051-x
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