果蠅活體鈣成像方法的建立和在運(yùn)動(dòng)視覺(jué)編碼中的應(yīng)用.pdf

1、大腦使我們具有了思考、學(xué)習(xí)的能力，承載了我們的智慧和情感，但是大腦的工作機(jī)制目前還不清楚。果蠅雖小，但十分“聰明”。其視覺(jué)功能強(qiáng)大，且神經(jīng)回路復(fù)雜程度適中，具有豐富的遺傳操作工具可供使用。因此，果蠅視覺(jué)是研究大腦功能的理想生物模型。大腦功能的研究離不開(kāi)神經(jīng)元功能信號(hào)記錄技術(shù)，相對(duì)電生理，雙光子鈣成像技術(shù)可同時(shí)記錄多個(gè)亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的信號(hào)，在神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。目前通常采用的果蠅活體鈣成像方法實(shí)驗(yàn)步驟復(fù)雜耗時(shí)，或者不能保證果蠅足的自由活

2、動(dòng)。而研究表明果蠅活動(dòng)狀態(tài)對(duì)視覺(jué)神經(jīng)元的功能信號(hào)具有顯著影響。除了研究技術(shù)的不足，果蠅視覺(jué)回路功能也不完全清楚，如運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器神經(jīng)元編碼運(yùn)動(dòng)方向的模式以及其下游神經(jīng)元的響應(yīng)特性等。
　　針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題，本文發(fā)展了一種簡(jiǎn)單高效的果蠅活體鈣成像方法，進(jìn)一步以視覺(jué)研究為模型驗(yàn)證了我們建立的果蠅活體鈣成像方法的實(shí)用性，接著，對(duì)果蠅運(yùn)動(dòng)檢測(cè)神經(jīng)元編碼斜向運(yùn)動(dòng)信息的模式進(jìn)行了研究。
　　本文取得的主要研究結(jié)果和結(jié)論如下：
　?。?）建

3、立了簡(jiǎn)便、高效的果蠅活體鈣成像方法。根據(jù)果蠅胸節(jié)背部隆起的形態(tài)特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了特定的固定架，實(shí)現(xiàn)了不依賴(lài)輔助設(shè)備對(duì)果蠅的活體固定，并保證果蠅足可自由活動(dòng)。此外，我們對(duì)膠水選擇等實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)也做了優(yōu)化。最終簡(jiǎn)化了樣品制備步驟和操作難度。把樣品制備時(shí)間從40 min縮短到了5 min。接著，我們對(duì)可能影響鈣成像效果的因素進(jìn)行了分析并給出了解決方案，如圖像抖動(dòng)、激發(fā)光功率等。最終實(shí)現(xiàn)了用于果蠅的簡(jiǎn)便、高效的活體鈣成像方法。
　?。?）建立了

4、果蠅運(yùn)動(dòng)視覺(jué)鈣成像研究模型。首先，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的視覺(jué)刺激器，由2個(gè)商品化模塊組裝而成，無(wú)需復(fù)雜電路設(shè)計(jì)。此外，我們使用橙色LED點(diǎn)陣制作刺激器顯示屏，不需要濾光片即可把刺激器光源和鈣染料兩者的光譜分開(kāi)。接著，以視覺(jué)研究為模型驗(yàn)證了我們建立的果蠅活體鈣成像方法的實(shí)用性，并發(fā)現(xiàn)了小葉板切向細(xì)胞（LPTCs）新的響應(yīng)特性：①VS神經(jīng)元不僅響應(yīng)垂直方向運(yùn)動(dòng)的視覺(jué)刺激，對(duì)水平方向運(yùn)動(dòng)視覺(jué)刺激也有顯著鈣響應(yīng)，并且具有方向選擇性（僅響應(yīng)向后運(yùn)動(dòng)

5、，對(duì)向前運(yùn)動(dòng)無(wú)響應(yīng)）。這和 VS神經(jīng)元樹(shù)突的投射區(qū)域相一致。②VS和HS神經(jīng)元對(duì)不同的斜向運(yùn)動(dòng)也具有選擇性響應(yīng)特性。VS神經(jīng)元對(duì)后下方向運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)強(qiáng)度顯著高于前下運(yùn)動(dòng)。HS神經(jīng)元對(duì)后上方向運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)強(qiáng)度顯著高于后下方向。③分別使用Rac1和GABA抑制劑調(diào)控VS神經(jīng)元的興奮性和抑制性輸入，發(fā)現(xiàn)興奮性和抑制性輸入同時(shí)參與VS對(duì)運(yùn)動(dòng)方向信息的處理，該結(jié)果支持VS神經(jīng)元通過(guò)調(diào)控興奮性和抑制性輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)方向選擇性響應(yīng)的假說(shuō)。
　　（3）用