每天，人類都在為自己做出選擇。為了確保做出的決定適合當時的情況，這些決定往往需要結合一系列的環境線索。我們的感官為我們提供了做決定所需的大量知識。它們收集了我們周圍環境的某些細節，如視覺和聽覺信息，我們的大腦將其結合起來，建立一個整體的感知。這被稱為多感官或多模態感知。在這方面，單個細胞與人類沒有什麼不同。它們不斷地做出關鍵的決定，例如是否分裂。因此，蘇黎世大學（UZH）的研究人員將在人類中發現的情境、多模態感知的概念擴展到單個細胞。
令人驚訝的是，科學家們發現，單細胞做出的決定比之前想象的要自主得多。
Lucas Pelkmans說：“單個細胞的充分決策使用了多模態感知，使細胞能夠將外部信號（如生長因子）與來自細胞內部的信息（如細胞器的數量）相結合。”Pelkmans是UZH分子生命科學系的一名教授。
有時，這種內部線索會推翻外部刺激：例如在腫瘤中，特定細胞的實際狀態會推翻抗增殖藥物的治療，從而使其產生抗藥性。“這種抗藥性是抗擊癌症的一個主要問題。”Pelkmans說：“解決方案可能來自於考慮到單個細胞所經歷的環境線索，並最終改變它們。”
為了測試細胞是否像人類一樣根據上下文、多模態感知做出決定，科學家們必須同時測量多個信號節點的活動–細胞的外部傳感器–以及細胞內部的幾個潛在線索，如當地環境和細胞器的數量。一切都必須在單細胞和數百萬個細胞中進行分析。“為了做到這一點，我們使用了’4i’，一種在UZH開發的方法，它允許我們使用熒光顯微鏡同時對單細胞中多達80種不同的蛋白質和蛋白質修飾進行可視化和量化，”該研究的第一作者Bernhard Kramer說。
研究人員發現，各細胞中單個傳感器活動的變化與內部線索的變化密切相關。例如，線粒體的丰度，即細胞的動力站，從根本上影響了單個細胞對外部刺激的感知。此外，每個傳感器都會整合來自細胞內部的不同線索。當研究人員評估一個單細胞的重要決定時–即在增長刺激下增殖或保持靜止–他們發現，細胞的選擇是由多個傳感器的感知介導的，並可預測地受到細胞內部狀態的線索的調節。
“對於一個細胞的任何具體決定，所有外部信號和內部線索都必須被一致看待。單個細胞因此能夠做出充分的依賴環境的決定–因此顯然比以前認為的更聰明，”博士候選人 Kramer說。