一项新研究揭示了一种负责快速威胁检测的大脑通路，灵感来源于“温水煮青蛙”的隐喻。研究以果蝇为模型，探讨了动物如何应对快速的环境变化。研究发现，果蝇在快速温度变化时会表现出逃避行为，这种行为由大脑中的特定回路调控。这些发现揭示了短暂神经反应的重要性，并表明预测和应对快速变化的能力对生存至关重要。

关键发现

• 研究使用果蝇作为模型，果蝇的神经元数量远少于人类，但其大脑回路为快速威胁检测提供了重要线索。

• 果蝇在快速温度变化时会表现出逃避行为，但对缓慢变化无反应。

• 果蝇大脑中的一个回路仅对快速温度变化作出反应，影响其逃避行为及生存能力。

研究背景
“温水煮青蛙”的寓言常被用来比喻人们对缓慢上升威胁的迟钝反应。这一隐喻激发了西北大学的研究人员，他们发现了一种负责快速威胁检测的大脑通路。研究负责人、西北大学温伯格文理学院神经生物学副教授Marco Gallio表示：“动物更可能对快速而非缓慢的环境变化作出反应。在本研究中，我们确定了果蝇大脑中一个选择性响应快速温度变化的回路，该回路为逃避行为做准备。”

研究方法
Gallio团队利用果蝇作为模型，研究感官回路及其如何感知物理世界。果蝇的神经元数量仅为10万个，远少于人类的1000亿个，但其大脑回路为研究基本决策原理提供了理想平台。研究团队使用高分辨率摄像机观察果蝇在不同温度环境中的行为，发现果蝇在遇到快速升温时会立即做出U型转弯以逃避。

研究发现
研究团队发现，果蝇大脑中的一个回路仅对快速温度变化（超过每秒0.2摄氏度）作出反应。这些神经元在快速升温开始时激活，随后迅速静默。研究第一作者、Gallio实验室博士生Jenna Jouandet表示：“我们的假设是，这些‘热启动’反应可能与温度变化速率相关，从而使果蝇能够预测危险的热条件并准备逃避。”

实验验证
当研究人员通过实验抑制这些神经元时，果蝇的逃避行为显著延迟。为进一步理解这些神经元活动的重要性，研究团队与西北大学应用数学教授William Kath合作，构建了一个小型计算机模型，模拟果蝇如何通过预测危险热量来增强行为灵活性。

研究意义
Gallio解释说，快速变化对小型果蝇来说几乎总是危险的。“如果温度以每秒0.5摄氏度的速度变化，这在30到40秒内可能致命。这一系统就像一个警钟，提醒动物准备逃避。”他认为这一结果具有广泛适用性，甚至在人类中也能观察到类似现象，例如进入不同温度的房间或接触热水时。

未来方向
研究团队计划进一步探索这一回路在其他感官系统中的作用，并研究其如何帮助动物应对其他类型的快速环境变化。

资助声明
本研究由美国国立卫生研究院（ grants R01NS086859, R21EY031849 和 R21NS130554 ）、Pew生物医学科学学者计划和McKnight神经科学技术创新奖资助。部分计算资源由西北大学Quest高性能计算设施提供。

参考文献
Gallio, M., Jouandet, J., & Suhendra, R. (2023). Rapid threat assessment in the Drosophila thermosensory system. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-023-43272-5