果蝇类负面情绪及其对学习记忆的影响

Negative emotions are ubiquitous in the animal kingdom. In human, persistent negative emotions could cause a series of mental disorder and diseases, such as depression and anxiety disorders. Limited by experimental approaches, both the neural circuitry of negative emotions and their effects on cognation are elusive. Our preliminary data suggested that male fruit flies exhibit loser effects after defeated in a combat, and the male flies showed disgust behavior to other flies after being courted mistakenly by other males. In both cases, the negative effects last for hours and exhibit suppressive influences over a broad range of behaviors. Therefore, our paradigms provide a long-sought-after entry point to study negative emotions on their neural circuits and effects on learning and memory. We propose to use molecular genetics and quantitative behavioral analysis to systematically investigate the negative emotions. Our study would lead to better understanding on the interactions of emotion and cognation at multiple levels, and provide basic knowledge for understanding neurological and psychological disorders in human.

负面情绪是在动物界中普遍存在的、原始的情绪。一般认为，长期处于负面情绪下可能导致一系列的人类神经和精神类疾病，包括抑郁症和焦虑症等。由于实验手段所限，至今我们对负面情绪的神经环路所知甚少；在认知层面，负面情绪如何影响学习记忆功能也尚未明了。我们前期的实验发现打架失败的果蝇和求偶失败的果蝇有失败行为表现；被雄性果蝇追逐求偶的雄性果蝇会有厌恶的行为表现。受这些类负面情绪影响的行为变化在时间上具有持续性，在作用模式上具有广泛性。由此，在果蝇中建立起来的类负面情绪模型将为深入研究上面两个问题提供了突破口。本申请将在前期工作的基础上，结合分子遗传学和定量行为学的方法，系统地研究在实验室条件下诱发的果蝇类负面情绪反应，并确立类负面情绪对学习记忆的影响。同时，探索负面情绪的物质基础，在基因、突触、细胞、神经环路多种水平上了解情感和记忆的相互作用，并为理解临床精神疾病提供初步的理论基础。

在本项目的支持下，我们建立了多种果蝇行为的建立和定量分析，形成了探究脑状态和脑功能的重要基础。在此过程中我们发现了新的行为现象，为理解相应的跨物种神经机制提供了突破口。对果蝇进行多种负面影响进行研究，包括打斗和失败者效应等，并实现了对该情景记忆的反转。我们还建立了社会交往条件下的学习记忆范式，并多方面进行分析。.由于个体的社会交往和情绪直接相关，我们聚焦在研究果蝇社会交互作用的行为范式。主要发现有在实验室条件下果蝇具有自组织聚集并发展成一个高度规则的社会结构的行为。深入研究这一新现象，包括分析这个行为过程和神经机制，为研究同种生物如何聚集成为紧密群体，促进群体决策形成，提高生存适应力提供重要的启示。对多个体的动态过程的分析表明，个体间的不对称相互作用促进了群体的稳定，发生在群体边缘的相遇反应促进群体的增长，其中个体间附肢的频繁触碰昭显了机械感知系统的重要作用。通过模型我们发现，大范围吸引效应和局部的排斥效应的场作用结合可以稳健的实现这种社会结构。