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嗅觉导航源于感觉输入、脑活动状态与动物自身运动之间的动态相互作用。在秀丽隐杆线虫中，其神经系统结构紧凑，使研究者能够对处于行为状态、并暴露于受控嗅觉环境中的动物进行全脑成像；其波动式运动则使导航过程可简化为前行、反向运动和转向之间的状态转换。在本研究中，我们采用追踪显微成像技术，记录并比较了爬行中的线虫在空间气味梯度或各向同性环境中导航时的全脑神经活动，以及固定线虫对时间性气味脉冲作出反应时的全脑神经活动。在不同条件下，我们发现了高度相关的全脑活动模式，涉及嗅觉感觉神经元、中间神经元和运动前中间神经元。比较线虫在气味梯度中的导航与其在各向同性环境中的探索，揭示了一个连接嗅觉感觉神经元、中间神经元和运动前神经元的紧凑功能回路。比较不同气味则区分出与气味身份相关的感觉活动关系，以及一个负责导航运动的共享感觉运动回路。比较爬行与固定状态下的动物，发现其运动状态转换和全脑相关结构存在显著差异，进一步表明感觉表征和运动决策受行为情境影响。我们的研究揭示了连接嗅觉感觉活动与导航运动的功能组织，并表明这一组织依赖于行为状态和环境情境。
samuel{at}physics.harvard.edu
摘要
嗅觉导航源于感觉输入、脑活动状态与动物自身运动之间的动态相互作用。在线虫（C. elegans）中，紧凑的神经系统使研究人员能够对处于行为状态、并暴露于受控嗅觉环境中的动物进行全脑成像；其波动式运动也使导航过程简化为向前爬行、反向运动和转向之间的转换。在本研究中，我们采用追踪显微成像技术，记录并比较了爬行线虫在空间气味梯度或各向同性环境中导航时的全脑神经活动，以及固定线虫对时间性气味脉冲的反应。在不同条件下，我们发现了跨越嗅觉感觉神经元、中间神经元和运动前中间神经元的高度相关全脑活动模式。比较线虫在气味梯度中的导航与在各向同性环境中的探索后，我们发现了一个连接嗅觉感觉神经元、中间神经元和运动前神经元的紧凑功能回路。比较不同气味后，我们区分出与气味身份相关的感觉活动关系，以及负责导航运动的共享感觉运动回路。比较爬行与固定的动物后，我们发现其运动状态转换和全脑相关结构存在显著差异，进一步表明感觉表征和运动决策依赖于行为情境。我们的研究揭示了一种连接嗅觉感觉活动与导航运动的功能组织方式，并表明这种组织方式取决于行为状态和环境背景。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
已声明的资助方信息
美国国家科学……
基金会，
，IOS-1452593
，1806818
，IOS-1555914
美国国立卫生研究院，
，1UF1NS111697-01
，U01NS132158
加拿大卫生研究院，
，154274
版权
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本预印本依据 CC-BY 4.0 国际许可协议公开。
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发表于 2026 年 11 月 3 日。
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线虫秀丽隐杆线虫嗅觉行为的全脑表征
Helena
Casademunt
，
Hongruo
Zhang
，
John
Laver
，
Core Francisco
Park
，
Sophia
Kim
，
William
Fredenberg
，
Wesley
Hung
，
John
Calarco
，
Mei
Zhen
，
Aravinthan D.T.
Samuel
bioRxiv
2026.10.29.762753；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.10.29.762753
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关键词：秀丽隐杆线虫 · 嗅觉导航 · 全脑成像 · 神经活动 · 感觉运动回路 · 行为状态
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.29.762753v1?rss=1