果蝇幼虫避光扭头行为的神经环路机制

摘要

神经系统如何编码、存储和提取信息是神经科学领域一直关心和想要回答的问题。神经元之间复杂的通讯组成的神经网络或神经环路决定了我们每时每刻的行为和心理活动。神经系统最基本的功能之一是帮助动物根据外界信息的动态变化产生合适的运动动作。那么，从外界信息的输入到最终运动动作的产生，神经环路是如何工作的？为了回答这个问题，我们以果蝇幼虫作为动物模型，以幼虫的避光扭头行为作为范式，以期阐明视觉信息最终转变成幼虫的扭头回避动作的神经环路机制。
　　通过大规模的行为筛选和钙成像的筛选，我们找到了果蝇幼虫中央脑中对光刺激有升高或下降的钙响应信号并且影响避光行为的神经元。用光遗传结合钙成像的手段，我们将新发现的与果蝇幼虫避光相关的神经元包括CCLP、ACLP、IN神经元和已知的视觉通路神经元之间建立了环路联系。通过光遗传的方式激活环路中的神经元或者通过对神经元进行阻断或者激活后所观察幼虫的行为表现，并用SOS这一视频分析软件对幼虫的行为动作进行提取分析，我们可以明确各个神经元在避光行为中的具体功能，同时确定视觉信息在该神经网络中的处理机制。
　　本研究揭示了去抑制微环路对避光扭头的调控机制。发现了去抑制促进幼虫遇光之后的扭头动作发起，而去抑制后的抑制恢复可以保障幼虫成功有效的停留在黑暗安全的环境中。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 引言

1．1 神经科学研究中的果蝇

1．2 果蝇避光行为的研究背景

第二章 实验材料和方法

2．1 主要实验仪器

2．2 实验试剂

2．3 果蝇品系

2．4 果蝇培养

2．4．1 果蝇培养条件

2．4．2 食物配方

2．5 溶液配制

2．5．1 PBS及PBT缓冲液配制

2．5．2 AHL缓冲液配制

2．5．3 Dissociation saline溶液配制

2．5．4 药理灌流溶液配制

2．6 免疫组化

2．7 钙成像

2．7．1 活体视觉刺激钙成像

2．7．2 光遗传激活下游神经元钙成像

2．7．3 药理灌流钙成像

2．8 行为分析

2．8．1 明暗选择爬板行为实验

2．8．2 光斑扭头动作及运动轨迹分析

2．8．3 光遗传学激活表型分析

第三章 下游感光神经元的筛选

3．1 筛选方法

3．2 筛选结果

3．2．2 R60F09-GAL4标记感光神经元的特点

3．2．3 R82810-GAL4标记的感光神经元的特点

3．2．4 R13807-GAL4

3．3 筛选结果讨论

第四章 新发现感光神经元之间的功能环路构建

4．1 PDF神经元与ACLP的功能联系

4．2 CCLP神经元与已知避光相关神经元的功能联系

4．3 ACLP神经元和CCLP神经元的功能联系

4．4 IN神经元和CCLP神经元的功能联系

4．5 避光扭头方向性的神经环路模型及讨论

第五章 去抑制徼环路调控果蝇幼虫避光扭头动作的功能研究

5．1 摘要

5．2 引言

5．3 实验结果

5．3．1 IN神经元抑制幼虫避光行为

5．3．2 IN神经元通过去抑制的方式调节幼虫的避光行为

5．3．3 负责避光扭头行为的CCLP神经元受到上游GABA能神经元调控

5．3．4 IN神经元通过去抑制方式调节CCLP神经元的活性

5．3．5 去抑制微环路动态调节幼虫避光扭头动作的发起和终止

5．4 总结与讨论

文献综述

参考文献

作者简介及在读期间所取得的科研成果