我們(men) 可以從(cong) 已知最小的脊椎動物大腦中學到什麽(me) ？是越大越好嗎？有時，結構較大時更容易看到。但是，就新發現的Danionella而言，打開了一扇新的大門，透過它我們(men) 可以實時觀察正在工作和發育的大腦，進一步了解如何將新技術應用於(yu) 這個(ge) 快速發展的行為(wei) 神經科學領域。

追蹤已知最小脊椎動物大腦的微小透明魚
Danionella是小型淡水鯉科魚類的一個(ge) 屬，在緬甸的山區發現了該屬的一個(ge) 新物種：Danionella cerebrum。這種魚因其擁有目前已知最小的成年脊椎動物大腦而得名（cerebrum：拉丁語中的“大腦"）。Danionella cerebrum具有光學半透明性、豐(feng) 富的行為(wei) 特征和僅(jin) 0.6 mm ³的腦體(ti) 積，在成年脊椎動物中具有更高認知功能的單細胞分辨率的全腦體(ti) 內(nei) 成像分析中具有巨大的前景。

這種新的Danionella以前被誤認為(wei) 是Danionella translucida，因為(wei) 這兩(liang) 個(ge) 物種具有很大的外部相似性，因此很難識別分類學差異。 然而，對Danionella translucida和Danionella cerebrum進行的比較形態學和分子分類學分析揭示了一些差異，例如骨骼特征，並清楚地表明這是兩(liang) 個(ge) 不同的物種，根據分子分析，它們(men) 在大約 1300 萬(wan) 年前彼此分離^[1]。

圖片來源：Ralf Britz 博士，森肯伯格自然研究學會(hui)

觀察魚的大腦
Danionella的不同物種目前開始成為(wei) 行為(wei) 神經科學的重要神經生理學模式動物。由於(yu) 這些魚的尺寸微小、解剖結構簡單以及光學半透明性，因此可以在細胞層麵上研究這些魚的大腦功能。

Danionella cerebrum的演化也與(yu) 斑馬魚密切相關(guan) ，斑馬魚是行為(wei) 神經科學領域成熟的模型，與(yu) Danionella cerebrum一樣，都表現出豐(feng) 富的行為(wei) 。

Nina Lindemann等人最近的一項研究^[2]旨在在明暗測試中比較Danionella cerebrum和斑馬魚的幼魚運動活動，測量驚嚇反應和其他行為(wei) 。

魚類視頻追蹤：動物運動軌跡跟蹤係統遇見Danionella
Lindemann 等人使用由Noldus定製的觀察箱（由動物運動軌跡跟蹤係統供電和控製）來確定Danionella cerebrum和斑馬魚幼魚之間的行為(wei) 差異。實驗裝置由諾達思製造的尺寸為(wei) 666 毫米（長）× 472 毫米（寬）× 1010 毫米（高）的定製黑箱組成，可保護幼魚免受外部影響。該盒子通過位於(yu) 底部的白光和紅外的背光進行照明，並包含一個(ge) 鏡頭，頂部還帶有 850 nm紅外濾鏡。白光裝置連接到諾達思的USB-IO 盒，該盒連接動物運動軌跡跟蹤係統進行控製。

動物運動軌跡跟蹤係統是應用於(yu) 跟蹤和分析任何動物的行為(wei) 、運動和活動研究中的視頻跟蹤軟件。在研究魚類或昆蟲時，還可以結合兩(liang) 個(ge) 攝像機角度對實驗對象進行跟蹤，並結合三維軌跡跟蹤係統中的三維跟蹤項目實現三維追蹤。


趨觸性
透過在 12 孔板的每個(ge) 孔內(nei) 定義(yi) 外部和內(nei) 部區域（具有相等的表麵積）來評估明暗測試中的趨觸性，其中在 80 分鍾內(nei) ，打開和關(guan) 閉燈各兩(liang) 次。明暗狀態之間的切換和計時是使用諾達思的USB-IO盒控製的，該盒與(yu) 研究人員的定製化設定和動物運動軌跡跟蹤係統整合。

在測量了 4.2 毫米的平均幼魚體(ti) 長後，作者將運動閾值設定在0.42至0.84毫米/秒之間（3 幀的平均值：100毫秒），以區分運動和不運動的幼魚。這意味著，當幼魚每秒移動的距離小於(yu) 其身體(ti) 長度的1/10時，它們(men) 被視為(wei) 不移動，而當它們(men) 每秒移動的長度超過其身體(ti) 長度的1/5時，則被視為(wei) 移動。

斑馬魚的運動活動有何不同？
乍一看，4-6 dpf Danionella cerebrum和斑馬魚的幼魚運動活動似乎非常相似。例如，兩(liang) 個(ge) 物種在黑暗階段（與(yu) 光明階段相比）的休息時間減少和速度增加相似。此外，在 4 dpf 時，與(yu) 5 dpf和6 dpf幼魚相比，這兩(liang) 個(ge) 物種對光照變化的驚嚇反應不同且不太明顯。此外，在4 dpf時，Danionella cerebrum（而非斑馬魚）偶爾會(hui) 表現出類似「Rosetta」的同心軌跡運動模式，然而，在斑馬魚幼魚中並沒有觀察到這種活動模式。

光照和黑暗中的趨觸性
與(yu) 斑馬魚相比，Danionella在光照期間表現出更強的觸動性，並且在從(cong) 暗到亮的過渡期間表現出強烈的驚嚇反應。也發現Danionella更喜歡占據水體(ti) 的下部區域^[3]。所有這些都表明該物種偏好黑暗環境。

焦慮樣行為(wei) 與(yu) 環境
趨觸性與(yu) 焦慮樣行為(wei) 有關(guan) 。 Lindemann等人認為(wei) ，盡管Danionella在光下表現出比斑馬魚更強的觸動性，但並不認為(wei) 會(hui) 增加它們(men) 的焦慮水平。相反，作者更傾(qing) 向於(yu) 基於(yu) 環境的假設作為(wei) 可能的解釋。

基於(yu) Danionella和斑馬魚不同的自然棲息地，這似乎是合理的，這可能是這兩(liang) 個(ge) 物種之間不同驚嚇反應的基礎。斑馬魚幼魚對明暗開關(guan) 反應強烈，對暗光開關(guan) 反應較弱。而Danionella則相反：對暗-亮開關(guan) 反應強烈，對明-暗開關(guan) 反應較弱。


斑馬魚更喜歡生活在靠近水麵的地方
Danionella和斑馬魚生活在不同深度的水體(ti) 。Danionella生活在水麵下30厘米的深度，而斑馬魚通常在靠近水麵淺而清澈的水中產(chan) 卵^{[1, 3]}。實際上，在實驗室環境中，發現80% 的Danionella占據了水箱的下部區域（0-12 厘米），而斑馬魚主要( 80%) 占據了水箱的上部區域（24-36 厘米）^[4]。

這可以解釋斑馬魚幼魚的典型驚嚇反應，斑馬魚幼魚在暗光轉換中較弱，因為(wei) 它們(men) 可能更習(xi) 慣於(yu) 較亮的環境。

魚類體(ti) 內(nei) 腦部造影
Danionella和斑馬魚都非常適合在幼魚階段進行全腦（體(ti) 內(nei) ）腦部造影。 Lindemann等人在研究中發現的表型行為(wei) 差異（光-暗和暗-光反應）為(wei) 研究這兩(liang) 個(ge) 相關(guan) 物種之間的神經生理機製以及可能的神經回路進化提供了機會(hui) 。事實上，它們(men) 的反應不同，而環境刺激卻相似。

行為(wei) 神經科學模型正在進步
隨著科技的進步，我們(men) 能夠從(cong) 這樣的小動物模型中收集的信息量不斷增加，最終推動了行為(wei) 神經科學的界限。一般來說，魚在這一領域和其他領域越來越受歡迎，因為(wei) 它證明了魚可以取代經典動物試驗來治療各種疾病，如癌症、心血管疾病、糖尿病和其他慢性或神經係統疾病。從(cong) 這個(ge) 角度來看，減少、替代和優(you) 化實驗室動物使用的3Rs原則開始發揮作用，進一步激勵技術進步和方案替代。

參考文獻
1.Britz, Ralf; Conway, Kevin W.; Rüber, Lukas (2021). The emerging vertebrate model species for neurophysiological studies is Danionella cerebrum, new species (Teleostei: Cyprinidae). Sci. Reports 2021 111, 11 (1), 1–11.
2.Lindemann, Nina; Kalix, Leon; Possiel, Jasmin; Stasch, Richard; Kusian, Tamia; Köster, Reinhard Wolfgang; von Trotha, Jakob William (2022). A comparative analysis of Danionella cerebrum and zebrafish (Danio rerio) larval locomotor activity in a light-dark test. Front. Behav. Neurosci., 16, 302.
3.Parichy, D.M. (2015) Advancing biology through a deeper understanding of zebrafish ecology and evolution. eLife, 4.
4.Rajan, G.; Lafaye, J.; Faini, G.; Carbo-Tano, M.; Duroure, K.; Tanese, D.; Panier, T.; Candelier, R.; Henninger, J.; Britz, R.; Judkewitz, B.; Gebhardt, C.; Emiliani, V.; Debregeas, G.; Wyart, C.; Del Bene, F. (2022). Evolutionary divergence of locomotion in two related vertebrate species. Cell Rep.38:110585.

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