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她寻找可能与这些章鱼素神经元交谈的神经元

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对于昆虫来说,飞行是一种快速的方式来寻找食物,识别配偶并逃避不利条件。虽然肌肉提供飞行的力量,但是大脑协调战略规划。对于饥饿的苍蝇,这可能意味着使用其强大的嗅觉来感知食物的存在,例如腐烂的香蕉,然后导航到达它的距离,这可能需要飞行几分钟甚至一小时或更长时间。昆虫大脑如何协调这种长途飞行比赛的时间安排?班加罗尔国家生物科学中心的一组科学家在果蝇Drosophila
melanogaster中回答了这个问题。

在他们最近发表在当代生物学的着作中,由Gaiti
Hasan教授和她的合作者领导的团队描述了不同神经元群体如何连接以使昆虫飞行更长时间。一组神经元在该回路中释放固有制动器,允许苍蝇长时间保持飞行。虽然对昆虫飞行的机械和生物物理方面进行了很好的研究,但其背后的神经生物学和电路仍然知之甚少。

实验室研究生Steffy
Manjila首先询问维持长途飞行所需的神经元类型,从而开始了这个项目。神经元与称为神经递质的化学物质相互交谈。一类称为单胺的神经递质,例如章鱼胺,多巴胺和5-羟色胺是已知的昆虫飞行调节剂。特别是,章鱼胺能神经元的丧失可防止果蝇长时间飞行。Steffy概括了这一早期发现并利用果蝇中可用的遗传工具来缩小飞行中大脑中的章鱼胺能神经元活跃。然后,她寻找可能与这些章鱼素神经元交谈的神经元,并确定了一组多巴胺产生神经元,称为原始大脑前内侧(PAM)神经元。

为了理解PAM神经元如何调节飞行回合持续时间,他们调查了大脑中称为蘑菇体的区域。这种蘑菇形结构就像一个购物广场

一个充满活动和交换分子信息的地方。它以其在学习和记忆中的作用而闻名。蘑菇体的复杂性在于一个神经元分支从其附近的多个其他分支接收输入。这些输入由输出神经元合并,将信息传递出蘑菇体以向下游传播复合信息。例如,在飞行的情况下,蘑菇体可以平衡饱腹感和饥饿感与成熟香蕉的气味,以决定苍蝇应该花多少能量到达香蕉。斯蒂芬发现了一类蘑菇体输出神经元,其臂与飞行调节PAM神经元的臂非常接近。这些输出神经元是产生GABA的细胞,一种众所周知的抑制性神经递质,在与另一神经元上的受体结合后会将其关闭。为什么飞行电路会有神经元使其他神经元关闭?难道不是所有的神经元都会被开启用于飞行吗?

想象一下,把你的车开到斜坡上,脚踩刹车。如果你想轻轻地滚下坡道,你所要做的就是放松对制动器的控制。这正是我们认为苍蝇可能会发生的事情。静息时,GABAergic输出神经元活跃并释放GABA。这抑制了飞行

制动压迫。然而,在飞行开始后不久,多巴胺能PAM神经元主动抑制GABA能神经元,从而减少GABA释放。飞行回路上的制动器是现在放松了,这使得苍蝇能够维持更长的飞行回合,哈桑博士解释说。总的来说,这种机制可能有助于苍蝇节约能源。

作者通过一些实验证实了他们的想法。使用遗传技巧,他们在飞行过程中证明了PAM神经元的活动。然后他们人为地转向多巴胺能PAM神经元并观察到GABA能输出神经元的活性被沉默。他们还使GABAergic输出神经元持续开启,并观察到这些苍蝇无法长时间飞行。最后,与法国第戎的Sanjay
Sane教授和法国第戎Bourgogne Franche-Comt大学的Jean-Francois
Ferveur教授合作,他们证明了这条新发现的蝇是必需的,以便饥饿的苍蝇飞行和到达一种潜在的食物来源,但它不是其他自由行为所必需的。

作者提出,类似的神经元串扰也可以促进哺乳动物的运动。例如,众所周知,在人类中,从称为基底神经节的脑中心释放的GABA有助于维持静止状态。当收到适当的提示时,释放这些GABA制动器以启动运动。所以,如果你曾经认为刹车的设计只是为了妨碍运动,那就再想一想。在这种生物学范例中,刹车可以防止不必要的飞行活动,只有当飞行需要进行长途飞行时才能解除!

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