视觉和嗅觉信号对果蝇食物搜寻行为的协同作用

为了探索视觉和嗅觉信号在昆虫食物搜寻过程中的作用, 本研究利用杨梅和橘子为引诱物, 在实验室条件下测定了嗅觉和视觉信号诱集到的黑腹果蝇Drosophila melanogaster数量, 分析了嗅觉经历对果蝇嗅觉和视觉食物搜寻的影响。发现同源性嗅觉和视觉信号存在的杨梅诱集到的果蝇数量显著大于单一的视觉信号和嗅觉信号, 但异源性嗅觉和视觉信号组合诱集到的果蝇数量和单独的嗅觉信号相似。嗅觉信号预处理不仅能够显著增加嗅觉信号诱集到的果蝇数量, 其中杨梅嗅觉信号对杨梅预处理果蝇的吸引能力与视觉和嗅觉信号存在的杨梅相似, 而且异源性嗅觉和视觉信号组合诱集到的预处理果蝇数量也不低于视觉和嗅觉信号存在的杨梅。另外杨梅嗅觉信号预处理也能够显著增强杨梅视觉信号诱集到的果蝇数量。但嗅觉预处理并不会改变同源性视觉和嗅觉信号组合诱集到的果蝇数量。本研究表明, 果蝇同时利用视觉和嗅觉信号进行食物搜寻, 因此同源性视觉和嗅觉信号在果蝇诱集过程中具有协同作用。另外果蝇具有较强的记忆和学习能力, 能够将记忆中的嗅觉信号应用于食物搜寻。本研究结果不仅有利于我们了解果蝇在自然状态下的食物搜寻机制, 而且有利于开发更有效的果蝇新型诱捕器。     

果蝇幼虫的视觉系统

视觉对于动物的生存和行为来说是非常重要的。虽然果蝇幼虫的视觉神经系统在组织结构上比成虫简单,但是也具有一定的复杂性和多样性。在最近几年中,随着对果蝇幼虫视觉系统功能的研究取得重要进展,我们对于果蝇幼虫视觉系统的认识更加丰富了。果蝇幼虫视觉系统的结构中,最初级的光感受神经元包括三类,一类是BO/BN(Bolwig's organ/Bolwig's nerve),一类是表达感光分子CRY(cryptochrome)的神经元,另外一类是Ⅳ型DA(classⅣdendriticarborization)神经元;果蝇幼虫视觉系统的次级神经元主要是光节律相关的侧神经元(lateralneurons,LN),它表达Per(period)、Tim(timeless)及Pdf(pigment dispersion factor)等节律相关的蛋白分子;而第三级神经元包括更为下游的、表达果蝇促胸腺激素且直接调控幼虫光偏好的NP394神经元。这三级神经元构成了我们现在所了解的果蝇幼虫视觉神经系统的基本框架。     

果蝇在抉择过程中的行为修饰

在视觉操作条件化中, 果蝇具有惟一的行为输出——偏转扭矩, 扭矩输出参与了条件化的形成. 通过发展新的分析方法, 分析了果蝇在条件化过程中的扭矩分布模式. 果蝇扭矩分布模式的修饰过程反映了操作条件化对果蝇行为模式的影响. 先前的研究表明, 在果蝇的视觉操作条件化中, 面对矛盾的视觉线索时, 果蝇将依据不同线索的相对权重作出类似抉择的行为; 研究还表明, 果蝇脑内的蘑菇体结构在这种抉择中起重要作用. 通过对果蝇在这种类抉择行为中的扭矩输出进行“扭矩-位置分布”分析, 研究了在果蝇抉择过程中的行为模式的修饰过程. 利用这种扭矩分析方法, 得以从揭示果蝇行为模式的角度对果蝇操作式视觉联想式学习及抉择行为进行研究. 在对果蝇操作条件化中的视觉联想式学习过程、抉择过程以及行为模式修饰过程进行分析的同时, 也讨论了它们所涉及的可能不同的神经基础.     

视觉皮层方位敏感性的皮层下起源

自Hubel和Wiesel关于视皮层研究的开拓性工作以来,视觉方位敏感性一直被认为是视皮层细胞独有的功能。本文综述了80年代以来的最新研究成果,表明视觉方位敏感性起源于视网膜、丘脑外膝体等皮层下结构,而在视皮层方位功能柱形成之前,丘脑外膝体已对具有相似最优方位的外膝体神经元作了初步的编组或预安排。     

果蝇视觉学习记忆能力与脑部cAMP水平的相关性

利用闭环飞行模拟系统研究果蝇视觉飞行定向行为的操作式条件化 ,证明正常果蝇视觉学习记忆能力与日龄有关 ,即 3～ 4d龄果蝇的学习记忆能力明显优于1～ 2d龄果蝇 ,蝇脑内的cAMP含量也呈现随果蝇日龄增加而增加的趋势 .同时对学习记忆缺陷型果蝇进行检测 ,其脑内cAMP含量高于正常对照组果蝇 .通过喂食PDEase抑制剂咖啡因扰乱cAMP代谢 ,使果蝇cAMP水平异常提高 ,导致果蝇学习记忆能力显著下降 ,表明果蝇视觉学习记忆需要脑内cAMP水平处于一适当范围 ,过高或过低的cAMP水平都将影响果蝇的视觉学习记忆能力     

视觉系统皮层下细胞的方位和方向敏感性

视觉方位、方向选择性曾被认为是高等哺乳动物视皮层细胞的特有功能。近年来大量的实验结果表明,视皮层下的外膝体神经元和视网膜神经节细胞都具一定程度的方位和方向敏感性,这些性质是遗传决定的,不受后天环境的影响。在外膝体内,已为视皮层细胞高度的方位、方向选择性和功能柱的形成做出了初步的分类与编组,提供了前级安排。这种皮层下的方位、方向敏感性细胞在发育过程中传递和加工了环境视觉信息,促进了视皮层更强的方位、方向选择性机制和方位功能柱的形成。外膝体在视觉信息平行处理通道的形成上起着分类集聚的重要作用。     

视觉剥夺猫外膝体神经元最优方位的分布特性

记录和测定了视觉剥夺猫（ｄａｒｋ－ｒｅａｒｅｄｃａｔｓ）外膝体３４４个细胞的方位调谐等感受野特性,多数细胞（８２％）具有方位敏感性（Ｂｉａｓ＞０．１）。最优方位的分布与正常猫类似,偏向于水平方位,但分布特性强于正常猫。与正常猫类似,视觉剥夺猫外膝体细胞的最优方位与该细胞感受野在视网膜上的位置有关,偏向平行于视网膜中心区与感受野中心的连线（向心线）;外膝体内位置相邻近的细胞具有相近的最优方位,亦呈现初步有序排列。结果表明：外膝体细胞最优方位的分布特性与后天视觉经验无关而可能来源于遗传因素。     

拟环纹豹蛛的视觉距离和颜色选择

为了探明拟环纹豹蛛（Pardosa pseudoannulata）的视觉距离与环境颜色选择情况,通过采用死果蝇(Drosophila melanogaster)和拟环纹豹蛛为试验材料,自制试验设备,分别测定了拟环纹豹蛛的视觉距离（3 cm、4 cm、5 cm、6 cm、7 cm）和其对红、橙、黄、绿颜色的选择。第一组试验中,在拟环纹豹蛛饥饿的情况下,观察记录其对不同距离下果蝇的选择停留时间,以此来确定它们的视觉距离。第二组试验中,观察记录拟环纹豹蛛对不同颜色的选择停留时间,以此来确定它们的环境颜色选择情况。第一组试验结果表明,拟环纹豹蛛在视觉上可以感知距离,它们的视觉对于3cm,4cm,5cm,6cm这4个距离的果蝇都具有敏感性。拟环纹豹蛛对距离3 cm和距离4 cm的果蝇的视觉敏感性相近且最好,对距离5 cm和距离6 cm的果蝇仍具有视觉敏感性,且敏感性相近,但对距离5cm比距离4cm的果蝇的偏爱选择指数明显下降（P<0.05）,说明敏感性显著下降,对距离7 cm以上果蝇的视觉感知几乎不存在。通过拟环纹豹蛛选择停留在有果蝇处的标准曲线y=-9.6770x 118.74,R2=0.8378和选择停留在无果蝇处的标准曲线y=9.6750x-18.729,R2=0.8377,可知随着果蝇距离的增加,拟环纹豹蛛视觉的感知性逐渐减弱,甚至消失,说明果蝇的距离与拟环纹豹蛛视觉的敏感性呈负相关的关系。第二组拟环纹豹蛛对颜色选择的试验中,通过计算出拟环纹豹蛛对4种颜色的偏爱选择指数,即红色为35.40%±1.60%,绿色36.03%±1.60%,黄色18.01%±1.60%,橙色10.56%±1.60%,得出拟环纹豹蛛对黄色和橙色的敏感性显著低于对红色和绿色的敏感性（P<0.05）,它们对红色和绿色最敏感,说明拟环纹豹蛛对不同波长的光色敏感性存在差异。     

苯甲醛对果蝇视觉联想记忆的阻断

采用飞行模拟系统,以视觉模式为线索、热惩罚为负强化因子,对于在不同发育时期经受苯甲醛处理过的果蝇的视觉飞行定向条件化进行了检验。苯甲醛气味分别作用于果蝇幼虫和成虫阶段,将阻断果蝇成虫建立视觉联想记忆的能力;雌性果蝇在处女期对苯甲醛气味的接触,会阻断其子代建立视觉联想记忆,这种视觉联想记忆的能力可以通过对其子代连续３代的正常饲养而逐渐得到恢复。     

中国科学家在果蝇视觉神经研究方面取得新突破

2004年8月13日Science发表了我国青年科学家唐世明为第一作的题为“果蝇的视觉模式识别具有视网膜位置不变性”的研究论。年仅33岁的中科院生物物理研究所研究员唐世明等人发现和证明了果蝇的视觉具有位置不变性，这一研究成果改变了人们以往对     

猫外膝体神经元非寻常的方位调谐特性──Ⅱ．在去视皮层猫和视觉剥夺猫（Dark－reared cats）的研究

以移动的正弦光栅作为刺激,用玻璃微电极记录以冰冻法毁损皮层１７、１８、１９区和外侧上雪氏回区后的猫外膝体的单细胞反应,测定了５７９个细胞的方位调谐特性,另外还在视觉剥夺猫外膝体测定了３４４个细胞的方位调谐特性,与正常猫相似,去视以猫和视觉剥夺猫外膝体的少数细胞具有非寻常的方位调谐特性,包括具蝴蝶形调谐曲线的方位调谐特性、双调谐的方位调谐特性和最优方位随刺激空间的不同而变化的方位调谐特性。结果表明外     

边闻边看记得牢——科学家首次发现视嗅觉协同功效

看到汽车闻到汽油味,可以加深你对汽车的印象;而看到汽车闻到奶酪味,则不会有同样的效果。中国科学家对果蝇的最新实验证实,当果蝇同时使用嗅觉和视觉时,学习记忆的效果明显强于单一使用嗅觉或视觉。这一发现不仅朝果蝇的"认知世界"又迈近了一步,同时也可能为指导人类的学习和记忆提供新的科学依据。该成果发表在7月8日出版的《科学》杂志上。     

视皮层细胞方位选择性研究的新进展

高等哺乳动物视皮层细胞方位选择性的形成机制一直是视觉研究的热点。近来许多新的实验事实和假说,使长期占统治地位的会聚学说面临挑战。不同假说争论的问题在于：皮层下的输入和皮层内作用二者谁在方位造反性的形成过程中起讯作用？皮层内对方位选择性强度的放大作用主要是兴奋性的还是抑制的？本文对有关这一研究的新进展作了评述,试图使人们更全面地认识视觉方位选择性这一经典感受野特性。     

果蝇求偶行为的影响因素及其分子基础

果蝇Drosophila melanogaster Meigen是进行行为遗传学研究的极好材料。果蝇的雄性求偶行为已经被作为行为遗传学研究的模式。文章简要介绍近年来在遗传和分子水平上对果蝇性信息素和求偶行为的研究进展,尤其是突变体在果蝇行为遗传学研究中的应用。通过对果蝇求偶行为的分析,分别介绍果蝇的性信息素及视觉、听觉、嗅觉和味觉相关基因在果蝇求偶和交配行为过程中的作用。     

模拟昆虫视觉-行为抉择的强化学习模型

视觉信息用于行为抉择的过程是一个极其复杂的脑信息处理过程,昆虫或动物对外界环境的学习是以价值来控制的,并可影响其行为抉择,研究这一过程对揭示人类自身脑运行机制有重要意义.文章在郭爱克研究小组果蝇实验提供的生物依据基础上,提出了一种模拟果蝇视觉-行为抉择的神经网络模型.该模型引入了价值和基于价值的强化学习算法,应用于输入视觉图像的强化学习,以此建立果蝇脑内多巴胺和蘑菇体对于抉择判断的价值体系.模拟的结果表明,该模型可以模拟果蝇视觉信息的学习和行为抉择过程,其结果与生物实验相符,同时也为机器人视觉信息控制行为抉择的应用提供了基础.     

高糖饮食对青年小鼠初级视觉皮层的功能损伤及其机制

目的 诸多研究证实高糖饮食会对视觉功能造成损伤，但是目前关于高糖饮食对视觉功能影响的研究主要聚焦于视觉通路前端，集中在眼球系统和视神经节部分，对于视觉通路的后端如中枢皮层还未有过相关报道。为了更全面地了解高糖饮食对视觉功能的影响，本文补充高糖饮食对视觉中枢皮层影响的研究。方法 本研究利用GO/NO-GO方位辨别任务的行为学范式、在体多通道电生理技术探究了高糖饮食对青年小鼠初级视觉皮层的影响。结果 行为学结果表明，经历了2个月高糖喂养的青年小鼠，方位辨别能力下降。通过电生理技术分析初级视觉皮层（V1）单个神经元的反应特性，发现高糖饮食小鼠初级视觉皮层单个神经元的方位调谐能力下降，神经元的反应变异性增加、信噪比明显降低。神经元噪音相关性分析结果表明，高糖饮食组小鼠初级视觉皮层的噪音相关性表现出明显的上调。进一步分析群体水平上信噪比和反应变异性的变化，结果表明群体水平上信噪比明显下降而反应变异性明显上升。结论 高糖饮食通过影响初级视觉皮层单个神经元的感受野特征以及群体神经元的信息处理能力，损伤了青年小鼠的方位辨别能力。     

基于内源信息的脑光学成像系统的研制

基于内源信号的脑光学成像技术是近年出现的研究脑功能的新技术。它因具有高空间分辨率,可连续长时间记录,使用简便,费用较低等特点,成为在视觉,听觉以及其他各种脑功能研究的有力工具。本文介绍了国内第一套脑光学成像系统的和研制,以及用于视觉研究皮层功能方位柱研究的初步结果。     

不同时间频率光栅刺激引起的视觉诱发电位(VEP)方位效应的差异

以人视觉诱发电位(VEP)反应为指标,在不同的时间频率下测定了 VEP 对方波光栅刺激的反应幅度与光栅方位的关系。当光栅方位固定时,光栅闪烁的时间频率不同,VEP 反应的波形、潜伏期和反应频率差别很大,但其反应幅度均呈现方位选择性。当光栅的时间频率为9.1Hz时,光栅为垂直和水平方位时引起的 VEP 反应幅度比倾斜方位时都大,对任何光栅方位,VEP反应幅度与光栅对比度的对数呈线性关系;与此相反,当光栅时间频率为0.4Hz 时,光栅为倾斜方位时引起的 VEP 反应幅度比垂直和水平方位时更大。     

猫外膝体神经元非寻常的方位调谐特性──Ⅱ．在去视皮层猫和视觉剥夺猫（Dark－reared cats）的研究

以移动的正弦光栅作为刺激,用玻璃微电极记录以冰冻法毁损皮层１７、１８、１９区和外侧上雪氏回（ＬＳ）区后的猫外膝体的单细胞反应,测定了了５７９个细胞的方位调谐特性．另外还在视觉剥夺猫外膝体测定了３４４个细胞的方位调谐特性．与正常猫相似,去视皮层猫和视觉剥夺猫外膝体的少数细胞（约占１０％）具有非寻常的方位调谐特性,包括具蝴蝶形调谐曲线的方位调谐特性、双调谐（Ｂｉｍｏｄａｌ）的方位调谐特性和最优方位随刺激空间频率的不同而变化的方位调谐特性。结果表明,外膝体的非寻常的方位调谐特性并非主要由皮层下行投射所致,而是主要与先天遗传因素有关。     

基于初级视觉皮层的同步振荡目标检测模型

提出一种基于初级视觉皮层的目标检测模型,该模型只采用方位选择性细胞和皮层内水平连接等Ｖ１基本单元,它以链码表示的目标轮廓作为知识,允许该知识以时间脉冲的形式控制Ｖ１区内神经细胞的动态活动,使与知识轮廓形状相符合的轮廓内的细胞进入同步振荡状态,实现对视野中特定目标轮廓的识别。计算机仿真结果表明,在较高级皮层的“知识”控制之下,初级视觉皮层结构上实现简单的目标检测是可行的。