受到惊吓时为什么会呆住？血清素可能是关键 | Current Biology

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受到惊吓的时候我们往往会僵住，过一会儿身体才能“解冻”。哥伦比亚大学的研究人员发现，在果蝇的“吃惊反应”中，是血清素为身体按下了暂停键。这一发现也为揭秘人类的反应过程提供了更多线索。

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来源：哥伦比亚大学祖克曼研究所

哥伦比亚大学在果蝇实验中证实，血清素是触发身体“吃惊反应”的化学物质。就像在车灯前惊慌失措的小鹿一样，面对潜在的威胁，身体会本能地出现一瞬的暂停状态。目前的研究显示，当果蝇突然遭遇周围环境的变化（比如突然的震动），体内会释放出血清素，使果蝇暂时停止行动。

这些研究结果近期发表于《当代生物学》（Current Biology）杂志中，为吃惊反应的生物学原理提供了广泛见解。吃惊反应作为一种普遍却又神秘的现象，从果蝇到鱼类再到人类，几乎所有被研究过的动物身上都有类似体现。

该论文的高级作者、哥伦比亚大学莫蒂默·B·祖克曼脑神经行为研究所（Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute ）的研究负责人，理查德·曼恩（Richard Mann）教授说道：“想象一下，你和家人一起坐在客厅里，突然之间，灯全灭了，或者地板开始晃动。你和家人的反应，将会是一致的：先突然僵住，然后开始向安全的地方移动。在这项研究中，我们在果蝇体内发现，神经系统会快速释放血清素，让身体“定住”。人体内也有血清素，因此这些发现可以帮助我们了解人类发生吃惊反应时的体内的变化。”

在大脑中，血清素与心情和情绪调节的关系最为密切。但是，先前在果蝇和脊椎动物身上的研究表明，血清素也会对动物的运动速度有所影响。哥大研究人员的最初目的也是为了更加全面地了解这一过程。

曼恩教授和哥伦比亚大学物理学家扎博尔科斯·马尔卡（Szabolcs Marka）一起研发了一款记录果蝇运动轨迹的设备：FlyWalker，是研究人员可以在一种特殊的玻璃上记录昆虫的运动踪迹。哥大的研究团队应用这一设备对果蝇的移动进行分析，并在监控记录下果蝇的移动方式后，对果蝇的血清素和腹神经索（VNC，类似脊椎动物的脊髓）中多巴胺的表达水平进行了调节。

最初结果表明，激活 VNC 中产生血清素的神经元，会让果蝇的运动速度变慢，反之则反。补充实验也证明了在不同条件下，血清素水平对果蝇行走速度的影响，包括温度，果蝇饥饿度，或者颠倒行走等所有会影响果蝇运动速度的情况。

论文的第一作者克莱尔·霍华德（Clare Howard）博士说道：“当果蝇遭遇环境快速变化，也就是受到惊吓时，我们见证了血清素产触发的最大效果。”

为了深入调查，研究团队设定了两种场景，来触发果蝇的吃惊反应。在第一种场景中，他们切断了光源：让昆虫陷入完全的黑暗中；第二种场景是模拟地震。

为了实现实验效果，科学家们和祖克曼研究所先进设备部主任塔尼亚·塔巴赫尼克（Tanya Tabachnik）进行了合作。塔巴赫尼克团队的工程师们与科学家们一起设计并建造了适用于该实验的研究系统：他们创造了适用于果蝇的迷你平台，平台下面装配特制的震动马达，调整马达的强度，可产生不同的地震效果。研究人员在营造让果蝇陷入黑暗或者地震场景的同时，调控着果蝇产生血清素的能力。

“我们发现，当果蝇在这些场景中受到惊吓时，血清素的作用就像紧急刹车。血清素的释放使它们突然僵住，这可能是由于血清素会让果蝇两侧腿部的关节都变得僵硬。这一协同作用，可能会让动物的运动中止，之后再恢复行动。”曼恩教授解释道。他同时也是哥伦比亚大学瓦格洛斯医学院和外科医生学院（Columbia's Vagelos College of Physicians and Surgeons）的希金斯生物化学和分子生物物理学教授。

霍华德博士补充说：“我们认为这一暂停非常重要。这让果蝇的神经系统有时间收集信息并消化这一突变，做出应对措施。”

有趣的是，尽管在两种情况中，果蝇的反应都是先立刻停住不动，但它们之后的移动速度却大不相同。

霍华德博士指出，“果蝇在黑暗场景中的吃惊反应是短暂静止后，开始缓慢又谨慎的移动”，而在地震场景中，果蝇在短暂静止之后，加速跑开。”

虽然这些结论以果蝇为研究对象得出，但是血清素的普遍性和惊吓反应的研究，为以后的研究提供了更多思路。为我们研究包括人类在内的，更加复杂的动物受到惊吓时，这些化学物质和分子过程的作用原理奠定基础。

接下来，研究人员希望进一步研究血清素对运动的影响，以及可能在这一过程中发挥作用的其他因子。

“我们的结果显示，血清素可能与果蝇神经系统内不同类型的神经细胞有相互作用，比如引导运动和处理感觉信息的细胞。”曼恩教授表示，“希望通过我们和其他同事的继续研究，能够为这一过程绘制出一幅更加详尽的分子蓝图，更广泛地应用到其他动物身上，甚至是我们人类本身。”

论文信息

 【标题】Serotonergic Modulation of Walking in Drosophila

【作者】Clare E. Howard

【时间】27 November 2019

【期刊】Current Biology

【链接】https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S096098221931382X

【摘要】

To navigate complex environments, animals must generate highly robust, yet flexible, locomotor behaviors. For example, walking speed must be tailored to the needs of a particular environment. Not only must animals choose the correct speed and gait, they must also adapt to changing conditions and quickly respond to sudden and surprising new stimuli. Neuromodulators, particularly the small biogenic amine neurotransmitters, have the ability to rapidly alter the functional outputs of motor circuits. Here, we show that the serotonergic system in the vinegar fly, Drosophila melanogaster, can modulate walking speed in a variety of contexts and also change how flies respond to sudden changes in the environment. These multifaceted roles of serotonin in locomotion are differentially mediated by a family of serotonergic receptors with distinct activities and expression patterns.