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          《Science》發表劉力課題組龔哲峰副研究員等人的研究成果——該研究發現了決定偏好行為的神經基礎

          發布時間:2010年10月25日

            近日,國際著名刊物Science在線發表了中國科學院生物物理研究所劉力課題組龔哲峰副研究員等人關于發現果蠅幼蟲中央腦的兩對神經元足以調節果蠅幼蟲對于不同光強條件的偏好行為的研究成果(Two Pairs of Neurons in the Central Brain Control Drosophila Innate Light Preference),增加這兩對神經元的活性會促進幼蟲的避光行為,而抑制這兩對神經元的活性則能夠逆轉幼蟲的避光行為為趨光行為。這項工作是在偏好行為的神經回路研究中第一次將神經元回路延伸到第三級神經元,為揭示果蠅幼蟲光偏好行為乃至于其他偏好行為的神經元機制奠定了重要基礎。

            偏好行為是動物的最基本行為之一,但是對其神經元回路決定機制的了解卻相對很少。在果蠅幼蟲的避光行為中,感受光信號的初級感覺神經元和次級視覺信息處理神經元都已經有了一定的了解,但是下游的神經元回路尚不清楚。

            經過將近4年的潛心研究和不懈的努力,龔哲峰副研究員等發現果蠅幼蟲中央腦的兩對神經元足以調節果蠅幼蟲對于不同光強條件的偏好行為。通過檢驗神經元之間的突觸位置關系并結合功能鈣成像技術,他們發現這兩對神經元屬于果蠅幼蟲視覺信息處理通路的第三級神經元。

            動物行為是具有相當靈活性的,可以隨著環境,營養狀況,年齡等因素的變化而大幅度調整變化。但是,外在和內在的條件是如何改變動物的天性的?其神經基礎并沒有完全被人們所了解。高等動物包括人類,其行為習性和偏好都會隨著外在因素如環境以及內在因素如年齡之類的變化而發生劇烈變化。比如,人類的愛和恨,常常會隨著內在和外在的因素變化而發生轉化。與此類似,無脊椎動物如果蠅的幼蟲,隨著年齡的變大,那些年幼時曾經喜歡呆在黑暗處的幼蟲在年長后會偏好光線充足的地方。這種行為的變化可能是為了適應自身的需要---年長的幼蟲需要離開他們年幼時一直需要的食物(它們呆在食物里面光線不足的地方)而尋找明亮處適合結蛹的地方。

            此項工作的研究則表明,果蠅腦中兩對神經元控制著避光/趨光這兩種行為偏好之間的轉換。在果蠅幼蟲里面如果抑制這兩對神經元的活性,那么即使是年幼避光的幼蟲也會變得趨光,而如何是激活這兩對神經元的活性,則即便是年長的的幼蟲也會變得避光。

            這兩對神經元,也就是所謂的NP394神經元,直接和控制果蠅節律行為的腹側神經元形成突觸并從那里接受輸入,而后者則從幼蟲的視覺器官(Bolwig’s organ)那里接受輸入。功能鈣成像的結果表明敲除腹側神經元以后,NP394神經元對于視覺刺激的反應更加強烈了,這一方面表明NP394神經元確實是和腹側神經元之間存在著功能上的聯系,另外也表明腹側神經元對NP394神經元起著抑制的作用,而且腹側神經元并非是視覺信息進入NP394神經元的唯一通道。

            紐約大學的NinaVogt博士和Desplan教授對這項工作的評價是,這項發現“不僅增進了我們對于動物大腦是如何解釋視覺線索的理解,同時也向著全面解析環境因素和內在因素影響本能行為的神經基礎邁進了一步”。(The finding of Gong et al., advances our understanding of how the animal brain interprets visual cues. It is also a step toward determining the neural basis of how both environmental and intrinsic cues modify innate behaviors)

            這項工作所以能夠取得不錯的進展,良好的大環境和小環境起了重要的作用。大環境方面,國際和國內的同行們慷慨提供了許多實驗材料,同時相關研究領域的進展也提供了很好技術支持,使得最新的技術能夠被及時的應用于解決實驗工作中的問題。小環境方面,實驗室多年的積累為取得某一點的突破奠定了良好的基礎,組內寬松自由的學術氣氛使得最新的技術得到了大膽的實踐。作者們共同的辛苦努力和嚴謹認真的態度則是最具有決定性的因素。此項工作的初稿寫成后,多次在準備投稿之時又推遲投稿時間,為的就是盡可能的把問題解釋得清楚全面。

            龔哲峰副研究員1995-2000年在生物物理研究所郭愛克院士課題組攻讀博士學位,2005-2006在美國弗吉尼亞大學做博士后發現inactive 基因參與果蠅的聽覺感知,相關內容發表于J  Neuroscience。2006年回國加入生物物理研究所,繼續從事果蠅視覺神經回路方面的研究。

           

          (科技處報道)

          (2010年10月25日)

           

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