研究人員繪製了一種名為「秀麗線蟲」(caenorhabditis elegans) 的微型土壤線蟲大腦的物理結構圖，為這種動物的大腦結構及其處理資訊的方式建立了一個新的模型。

線蟲大腦的空間組織是模組化的，影象顯示了大腦處理資訊的不同區域，如導航、迴避和進食。

令人驚訝的是，研究人員發現在單個線蟲的某些神經迴路或通路的結構中有很大程度的變異，這個發現補充了不同動物共有的一套核心神經迴路的理論。

科學家們認為，線蟲的大腦與體型較大的動物的共同點可能比我們之前認為的要多得多。

由利茲大學的神經科學家與紐約阿爾伯特·愛因斯坦醫學院的研究人員合作建立的大腦地圖（The Brain Map）顯示，不同的空間區域支援大腦中不同的路由資訊的專門迴路，資訊在被處理之前，會在那裡被整合。

秀麗線蟲是以你花園裡腐爛植物中的細菌為食的線蟲，長度只有一毫米左右，細如人類的頭髮。

一條成年線蟲的神經系統中只有302個細胞，而相比之下，人腦中大約有1000億個細胞。但是幾乎三分之二的線蟲的神經細胞會在頭部區域形成一個環，在那裡它們彼此之間有成千上萬的連線。

這個「大腦」就是動物的控制中心，大部分的感知和決策都發生在這裡。

儘管大腦非常緊湊，但是動物還是可以表現出一系列複雜的行為，神經科學家對了解它的大腦已經感興趣幾十年了。之前的研究已經為神經細胞之間的連線建立了一份“線路地圖”。

然而，這項最新的研究是第一次為這些線路圖提供了完整的空間座標。

利茲大學的計算神經科學家 Netta Cohen 教授指導了這項研究，他認為「大腦需要組織資訊流來控制行為。但我們還不清楚大腦的結構和功能之間的關係。透過線路的空間表徵，我們可以瞭解到動物大腦的模組化結構。」

繪製線蟲大腦的影象

研究人員查看了成年線蟲和幼年線蟲大腦的電子顯微鏡影象集合，這些影象顯示了單個的腦細胞或神經元，使研究人員能夠繪製線蟲神經迴路的組織結構。這些結構包括從單個細胞到整個大腦。

大腦結構和功能

科學家們確定了大腦中已知的神經迴路和通路，比如導航神經迴路 (navigation neural circuit)，動物會利用這個迴路跟蹤氣味和味道來尋找食物。另一個迴路被認為是用來促進運動知覺，它能夠感覺到自己是被細菌包圍還是蠕動透過土壤。

他們認為「資訊在線蟲的大腦中是透過一些層（Layer）來處理的」。事實上，在人類大腦中也發現了類似的分層結構。

資訊流從感覺細胞開始，感覺細胞對環境做出反應。例如，細胞可以感知細菌，但它們是否是正確的食物，聞起來是否像“正確的”細菌？這個問題的答案要求資訊在被髮送到大腦的指揮區採取行動之前，必須經過多種感官的整合。

大腦地圖顯示了一個非常優雅的結構，支援資訊流透過線蟲的大腦，它比傳統觀點更復雜。大腦地圖顯示了不同神經迴路的匯聚，這使得線蟲能夠整合它透過感覺細胞接收到的所有不同訊號，並協調反應。

在研究過程中，研究人員驚奇地發現了線蟲大腦中個體差異的程度。

在秀麗線蟲的一生中，細胞分裂和生長的方式遵循著一個嚴格的框架，這個過程在整個物種中都能觀察到。但是腦細胞略有不同，腦細胞與鄰近細胞形成接觸以建立神經迴路的方式似乎存在高度的變異。

透過使用數學和計算機模型，科學家們能夠辨別出那些可能在大量動物群體中形成核心環路的連線，以及那些似乎在個體之間變化的連線。

科學家們發現，線蟲大腦中只有大約一半的線路是相似的，另一半顯示出變異。

這個發現讓人興奮。因為這表明線蟲的大腦與高等動物的大腦有著比現在已知或預期的更多的共同點，從這種線蟲中學到的經驗教訓可以幫助我們更廣泛地瞭解大腦。

當動物面臨挑戰、危險和不斷變化的環境時，變化的連通性可能支援大腦的個性、冗餘性和適應性。

參考資料：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-02/uol-smt022321.php