斑马鱼捕食行为的状态调节及其神经机制的研究

It is critical for animal to adjust behavioral outcome based on internal physiological state. Due to the complexity of neural circuits involved and limitation of in-vivo approaches, its neural mechanisms remain largely unknown. The applicant will study the mechanisms of how satiety state modulates prey capture behavior by using zebrafish larvae as model. In preliminary studies, the applicant found that satiety state actively modulates prey capture behavior and have observed neuronal activities in visual center-optic tectum in response to prey-relevant visual stimulus. In future work the applicant will study whether satiety state can modulate tectal-neuron function and its synaptic and circuit mechanisms. Furthermore, possible involvement of pretectal dopaminergic neurons will be characterized. By combining pharmacological manipulation and gene targeting, the molecular mechanisms will also be studied. This study will provide deep insights for understanding how internal state influences animal behavior.

根据自身状态来调节行为是动物适应环境的基本策略，由于涉及的神经环路的复杂性和活体研究手段的限制，对其神经机制的认识还比较初步。在本项目中，申请人以斑马鱼捕食行为为模型，研究饥饱状态调节捕食行为的分子、突触和神经环路机制。在前期工作中，申请人建立了实时跟踪并分析斑马鱼行为的分析系统，发现捕食行为受饥饱状态的调节；并运用活体双光子钙成像和全细胞记录方法，初步观察了清醒斑马鱼上视觉中枢-视顶盖神经元由食物相关视觉刺激引发的神经活动。在本项目中，申请人拟进一步研究饥饱状态对视顶盖神经元活动的调节，探讨这种调节的突触及神经环路机制；并通过操纵顶盖前区多巴胺能神经元的活动，研究其在饥饱状态调节视顶盖神经元活动和捕食行为中的作用；进而，结合药理学手段和基因打靶，探讨这种调节的分子机制。本项目的研究将为了解动物状调节行为的神经机制提供新的认识。

动物需要积极调节行为以适应复杂且动态变化的环境，为实现这点，行为相关神经环路的信息加工处于精确调控之下；在此过程中，多巴胺能神经调质被认为有重要作用，但其突触与环路机制并不清楚。我们以斑马鱼幼鱼视觉捕食行为为模型，研究了视顶盖前区多巴胺能神经元调节视觉捕食行为的机制。我们发现，视顶盖前区多巴胺能神经元可响应真实食物刺激和模拟食物的视觉刺激，通过其在视觉中枢视顶盖的投射激活视顶盖神经元以影响视顶盖的视觉信息加工。通过双光子激光局部损毁，光遗传学、化学遗传学及药理学操作影响视顶盖前区多巴胺能神经元后，视顶盖视觉加工和斑马鱼幼鱼的捕食行为均被显著抑制。另外，视顶盖前区多巴胺能神经元的活动可被饥饱状态调节，它们参与了饥饱状态对顶盖视觉信息加工与视觉捕食行为的调节。我们的结果揭示了多巴胺能神经调质系统动态调节视觉加工和相关行为执行的突触与环路机制。