清華大學(xué)鐘毅課題組在《細胞報告》（Cell Reports）雜志發(fā)表論文報道果蠅中央腦的扇形體區(qū)域在傷害逃避中的作用
2018年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)研究院鐘毅教授研究組在《細胞報告》（Cell Reports）雜志在線發(fā)表了題為“扇形體神經(jīng)元在果蠅大腦中參與內(nèi)源性和習(xí)得性傷害逃避”（Fan-Shaped Body Neurons in the Drosophila Brain Regulate Both Innate and Conditioned Nociceptive Avoidance）的研究論文，報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，如果沒有完善的對傷害性刺激的逃避機制，動物將很難在危機四伏的環(huán)境中順利存活。對傷害性刺激的逃避包括兩個部分，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“吃一塹長一智”，比如小鼠在房間A中總會受到電擊，在它腦中就會把本來沒有威脅的房間A與電擊傷害偶聯(lián)，就算以后房間A中沒有電擊，也會像逃避電擊一樣逃離這里。
果蠅也存在著這兩種逃避。前人在果蠅上對于這個主題的研究主要聚焦在外周神經(jīng)系統(tǒng)，而對于中樞神經(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)基因果蠅后腦開個小窗，記錄其對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）對傷害刺激響應(yīng)極為強烈。扇形體是一個復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)，作者利用多個標記扇形體不同層的品系進一步實驗發(fā)現(xiàn)，扇形體的不同層對傷害刺激的響應(yīng)也不相同，腹側(cè)層的響應(yīng)要遠遠高于背側(cè)層。
圖1 果蠅鏡下刺激示意圖及對刺激響應(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程中真的起到作用呢？作者進行了行為學(xué)實驗證實，扇形體無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，果蠅就會產(chǎn)生逃避的反應(yīng)，還可以將這種“逃避”進行條件性學(xué)習(xí)。更進一步，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)讓果蠅進行學(xué)習(xí)，對于學(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，扇形體就會參與到逃避行為中來。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。
圖2 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。本研究感謝王連章老師、張芳、張煦晨博士和趙博涵等提供的幫助。本研究受到國家自然科學(xué)基金，國家基礎(chǔ)研究項目(973項目)和清華-北大生命聯(lián)合中心的資助。
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