鐘毅課題組發(fā)文報(bào)道果蠅中央腦的扇形體區(qū)域在傷害逃避中的作用

清華新聞網(wǎng)8月13日電  8月8日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院教授鐘毅研究組在《細(xì)胞通訊》(Cell Reports)雜志在線(xiàn)發(fā)表了題為《果蠅扇形體神經(jīng)元調(diào)控對(duì)傷害性刺激的本能和習(xí)得逃避》(Fan-Shaped Body Neurons in the Drosophila Brain Regulate Both Innate and Conditioned Nociceptive Avoidance)的研究論文，報(bào)道了果蠅中央腦中扇形體區(qū)域在果蠅傷害逃避中的重要作用。

生物生存的環(huán)境復(fù)雜，如果沒(méi)有完善的對(duì)傷害性刺激的逃避機(jī)制，動(dòng)物將很難在危機(jī)四伏的環(huán)境中順利存活。對(duì)傷害性刺激的逃避包括兩個(gè)部分，一種是本能的逃避，比如被尖銳的物體刺到，或被灼燒后的逃離；而另一種是習(xí)得后的逃避，也就是“吃一塹長(zhǎng)一智”，比如小鼠在房間A中總會(huì)受到電擊，在它腦中就會(huì)把本來(lái)沒(méi)有威脅的房間A與電擊傷害偶聯(lián)，就算以后房間A中沒(méi)有電擊，也會(huì)像逃避電擊一樣逃離這里。

果蠅也存在著這兩種逃避。之前相關(guān)領(lǐng)域的研究主要聚焦在外周神經(jīng)系統(tǒng)，而對(duì)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)如何處理傷害感受信息并指導(dǎo)逃避行為了解甚少。本文作者搭建了基于雙光子顯微鏡的自動(dòng)刺激、活體鈣成像記錄裝置，將活著的帶有鈣離子指示蛋白GCaMP3的轉(zhuǎn)基因果蠅后腦開(kāi)個(gè)小窗，記錄其對(duì)于傷害性電刺激的反應(yīng)。

結(jié)果顯示位于大腦中間位置的扇形體（Fan-shaped Body，F(xiàn)B）對(duì)傷害刺激響應(yīng)極為強(qiáng)烈。扇形體是一個(gè)復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)，作者利用多個(gè)標(biāo)記扇形體不同層的品系進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，扇形體的不同層對(duì)傷害刺激的響應(yīng)也不相同，腹側(cè)層的響應(yīng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于背側(cè)層。

果蠅鏡下刺激示意圖及對(duì)刺激響應(yīng)結(jié)果

這種響應(yīng)是否意味著扇形體在果蠅傷害感受處理過(guò)程中真的起到作用？作者進(jìn)行了行為學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，扇形體無(wú)論在果蠅逃避傷害性的電刺激或熱刺激中都是必須的，并且如果不是傷害性的刺激，例如果蠅厭惡的氣味，對(duì)其的躲避行為就不需要扇形體的參與。而人為的激活扇形體區(qū)域，果蠅就會(huì)產(chǎn)生逃避的反應(yīng)，還可以將這種“逃避”進(jìn)行條件性學(xué)習(xí)。更進(jìn)一步，作者發(fā)現(xiàn)扇形體不僅僅參與本能的傷害逃避，還參與到習(xí)得后的逃避行為。將氣味與傷害性電刺激偶聯(lián)讓果蠅進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)于學(xué)習(xí)后的果蠅，這種氣味也帶有了“傷害性”的屬性，再次面臨選擇時(shí)，扇形體就會(huì)參與到逃避行為中來(lái)。有意思的是，扇形體的不同層，在本能逃避和習(xí)得后逃避中的作用不甚相同。

 果蠅扇形體不同層參與不同的逃避行為

清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院胡皖桐博士、彭怡晴碩士和博士生孫佳孟為本文共同第一作者，鐘毅教授和李乾博士為本文共同通訊作者。王連章、張芳、張煦晨和趙博涵等為研究提供了幫助。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(973項(xiàng)目)和清華-北大生命聯(lián)合中心的資助。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(18)31118-5

供稿：生命學(xué)院 編輯：曲田