果蝇求偶行为相关的视觉中间神经元的鉴定与功能研究

Vision provides humans and many other animals with major environmental information, and coordinate a variety of behaviors. Years of research from the eye to visual cortex has reveal the extraction, processing of visual information, but how the brain integrate the complex visual characteristics to form cognitive objects, and then how to guide the behavior is still unclear. This requires the establishment of an appropriate animal model and study the specific behaviorally relevant visual neural circuits. With a relatively simpler nervous system, a wealth of genetic manipulation tools and advanced imaging and electrophysiological techniques, Drosophila became an important model for study on visual neural circuits. In this project, we intend to establish a behavioral paradigm using Drosophila model whose courtship behavior, a well studied behavior with mostly all neural circuits labeled by sex determination gene fruitless, is essentially dependent on visual input, try to identify the visual neurons regulating courtship behavior, and study how these neurons integrate into the courtship circuits to regulate courtship behavior. This research will not only deepen our understanding of visual neural circuits of the mating behavior of Drosophila melanogaster, but also greatly enrich our understanding of the neural mechanisms of sensory modulation of behavior.

视觉为人类和其他很多动物提供主要的外界环境信息，并协调各种行为。多年来对视觉的研究从外周深入皮层，揭示了视觉信息的传递、提取、处理，但是对于视觉如何整合视觉特征形成认知物体，并如何指导行为的神经机制仍不清楚。这需要建立合适的动物模型，研究特定的行为相关的视觉神经环路。雄性果蝇的求偶行为目前研究的最为透彻的本能行为之一，受到转录因子Fruitless（Fru）调控，很大程度上受雄性特异表达的FruM所在约1500个神经元组成的神经环路控制，但其视觉调控行为的神经环路尚不明确。本项目中，我们建立了一种特异地依赖于视觉的果蝇求偶行为模型，并提出两个主要研究目标：（1）鉴定参与求偶行为的视觉中间神经元；（2）研究这些视觉中间神经元如何整合到求偶神经环路中并调控果蝇求偶行为。这一研究将揭示视觉调控果蝇求偶行为的神经环路，增进我们对感觉调控动物行为的神经机制的认识。

视觉为人类和其他很多动物提供主要的外界环境信息，并协调各种行为。但是视觉如何整合视觉特征形成认知物体，并指导行为的神经机制仍不甚清楚。这需要建立合适的动物模型，对特定行为相关的视觉神经环路进行研究。本项目利用可以对神经系统进行复杂遗传操作的果蝇，研究其求偶追踪行为相关的视觉神经回路。基于激活雄性性别特异存在并调节求偶行为的重要中枢P1神经元会引起雄性果蝇对运动目标的视觉追踪的现象，我们建立了一种特异地依赖于视觉的果蝇求偶追踪行为范式。在此基础上，我们研究了目标的视觉特征对这种视觉追踪的影响。我们发现视觉目标的大小、形状、颜色与运动速度均对P1神经元激活的雄性果蝇的追踪行为有一定影响。我们利用两套独立的双表达系统在激活P1神经元的同时抑制视觉相关神经元，从而筛选影响这种视觉追踪的神经元。先前报导的跟视觉记忆相关的扇形体部分神经元和椭球体的部分神经元并不影响这种视觉追踪，而部分从视叶投射到中央脑的视觉投射神经元会影响果蝇求偶中的视觉追踪。我们对视觉投射神经元的下游进行了顺行性追踪，发现其下游神经元主要位于其附近视叶区域，以及中央脑对侧投射，可能沟通中央脑两侧的信息。此外，我们对于雄性特异的神经元激活的生理学效应进行研究，其会降低果蝇的饥饿耐受，同时引起神经系统在分子水平的负反馈调节，尤其是神经肽NPF，其神经回路能够抑制求偶行为。我们也发现神经肽Dsk所在神经元抑制果蝇求偶行为，但并不影响其一般的视觉追踪行为。总之，这些研究发现新的视觉追踪的神经回路，揭示一种社交行为背景下的视觉引起的追踪行为的神经回路机制，有助于我们理解内在状态如何驱动响应特定外部刺激的行为。