果蝇幼虫避光行为的神经回路表征

To know how brain neurons fire to enable behavior and psychological phenomena is one important goal of neuroscientific research. By far, the neural connectome in model animals are being unraveled, but how the animal behaviors are neurally encoded is still unknown. In this research project, we will try to resolve the whole neural circuit underlying Drosophila larval light avoidance, and to adopt living calcium imaging to monitor the neurons' firing pattern during the process of light avoidance, especially the neuronal firing patterns respectively corresponding to certain visual stimuli and certain body movement manuvers. Based on these achievements, we will try to obtain the firing pattern of the whole neural circuit in the whole process of light avoidance behavior from light stimulation to motor output. Furthermore, we will adopt behavioral genetic，histological and optogenetical tools to confirm organization of the neural circuit, as well as the correlationship between neuronal firing pattern and the whole larval light avoidance behavior. Our work will greatly expand our knowledge of neuronal basis of animal behaviors and even psychologies.

了解大脑神经元是如何发放以造成各种行为和心理现象，是神经科学研究的重要目标之一。目前，各种模式动物的神经元联接组正在被解开，但是动物行为是如何在神经元水平被编码的仍旧不清楚。在本研究项目中，我们将解析幼虫避光行为的完整神经回路基础，并采用在体钙成像技术来监测果蝇幼虫在避光反应过程中的神经元发放模式，重点是与特定的视觉刺激和特定运动模式相关的回路神经元发放模式.在此基础上，我们将获得整个避光神经元回路在从光刺激到行为运动输出全部过程中的发放模式。我们还将采用行为遗传学，组织化学以及光遗传学等技术方法对回路网络结构以及回路神经元发放模式与整个避光行为过程的对应关系进行确认。我们的研究工作将会极大的增加我们对于动物行为和心理的神经机制的了解。

果蝇幼虫由于身体透明，适合做无创的行为同步的神经元成像信号观察。本项目的主要目的是以避光行为为基本模式观察避光相关的回路神经元在完成避光行为时的钙成像发放模式，以获得直观的行为的神经编码方式信息。我们所开展的研究主要包括以下内容：1. 搭建自由行为同步的神经元钙成像系统，该系统可以同时监控幼虫行为和神经元的钙成像信号; 2. 结合行为学，神经元形态学和功能钙成像技术，解析了避光行为相关的神经环路; 3. 通过计算机辅助的行为学分析，精确解析了神经通路与避光行为局部环节的关系。 我们所取得的结果包括：1. 完成了自由行为同步的实时钙成像系统搭建，分别完成了行为视频和神经元成像信号分析系统的硬件和软件。但是由于对最关键的神经元钙成像和行为记录之间的协同环节要求很高， 该系统的时间性能仍旧不够理想，因此没有获得我们理想的数据；2. 完成了一个视觉通路中上游神经元的复杂神经网络的构建，这个网络包括约15组神经元，基本覆盖了从视觉信息初步加工到转换为运动指令输出这部分功能 ；3.鉴定了一条专门负责避光过程中的减速停顿行为的神经通路。这部分工作揭示了幼虫避光行为的完整的功能环路，为我们透彻了解感觉信息转换为运动行为输出的神经机制打开了大门。