果蝇脑内有感知环境温度的神经元

大型动物用来监测环境温度变化的传感器在身体周围,人们普遍认为小型动物也是一样的。例如,人们假设昆虫是通过它们的触角来探测环境温度的。但科学家却在果蝇身上发现了能探测环境温度的大型热响应神经元,而且这些神经元还位于脑内。4种前脑神经元通过激发dTrpA1离子通道来对温度做出反应,研究人员假设,这样可提示果蝇去寻找更为适宜的环境。这些通道是破坏有害昆虫及传播疾病的昆虫热喜好行为的潜在目标。     

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.     

昆虫记忆的形成机制及生态适应性

介绍近十几年来利用蜜蜂Apis mellifera L.、果蝇Drosophila melanogaster Meigen和寄生蜂等昆虫对学习和记忆行为研究的成果。这些研究表明昆虫的记忆形成是多阶段的。从短时记忆向长时记忆的形成过程中,cAMP反应元件结合蛋白(cAMP response element-bindingprotein,CREB)起重要的作用;而蘑菇体是学习、记忆形成的主要位点。已有的研究还表明昆虫记忆的动态是适应于不同物种的生态学需要。这些研究为探索昆虫和其它动物记忆的形成和生态适应性提供了理论基础。     

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.     

神经干细胞在学习和记忆中的作用

成年脑中不断有新神经元产生。这个过程受到如学习、记忆、运动、环境和应激等外部刺激因素的调节。尽管这些新的神经元能够迁移并整合入神经网络,但目前尚不清楚这个过程的分子调控机制,也不清楚是否需要它们来维持脑的正常功能。     

毛皮传热性简易测定方法

动物与环境之间的热能交换,必须通过其暴露于环境的体表面积这个界面作用。当动物处在高于其体温环境时,即通过皮肤或毛皮的传热作用,从环境中获得辐射热;当动物处在低于其体温环境时,则体热通过皮肤或毛皮散发到环境中去。但是,在一定时间内,每单位的动物体表面积,究竟得到多少或失去多少热量?往往通过冷却温度计(Katathermometer)测定动物的离体皮肤或毛皮的传热系数,来进行估算得到或失去的热值(卡/平方厘米)。     

果蝇学习记忆行为的分子机制

分子遗传学技术的应用一方面发展了新的神经组织学方法,使果蝇脑中的细微结构得以展示;另一方面,对记忆从形成到提取过程中信息处理的研究,表明蘑菇体可能在形成长时程记忆方面起重要作用,而一对背内侧核团（dorsal paired medial cells）与蘑菇体之间的信息传递对于记忆的“提取(retrieval)”是至关重要的.行为功能检测为视觉信号整和的研究提供了新的实验依据,从而使果蝇蘑菇体的高级脑中枢功能逐渐被揭示出来.     

果蝇产卵行为的偏好和可塑性实验模型

我们用经典的Sherrington模型构建了一个以食物环境为输入,果蝇产卵行为为输出的神经行为学模型,并且对这个模型的敏感性以及可塑性进行了探索性研究．通过给果蝇提供不同的食物成分和浓度,我们发现,果蝇在不同浓度的食物上产卵量有明显偏好差异,并表现出很好的敏感性和稳定性．而当阻断了果蝇的嗅觉感受神经元后,产卵的浓度偏好受到了影响．另一方面,我们用经典条件化的学习方式对果蝇的产卵行为进行训练后,发现果蝇也可以学会将光照条件和产卵行为偶联起来．这也证明了这个模型具有很好的可塑性．这个模型将为今后进一步研究果蝇食物偏好、产卵行为、条件化学习等的神经和分子机制奠定良好的基础．     

动物bHLH转录因子家族成员及其功能

bHLH转录因子在真核生物生长发育调控过程中具有重要作用。动物bHLH转录因子包含45个家族, 分别参与调控神经元发生、肌细胞生成、肠组织发育以及环境毒素响应等生物学过程。过去20年里, 研究人员对动物bHLH家族成员鉴定及其生物学功能开展了广泛的研究。文章在介绍动物45个bHLH家族名称来源的基础上, 综述了小鼠、果蝇和线虫3种模式动物bHLH家族成员及其功能的研究进展。小鼠、果蝇和线虫中分别有114、59和42种bHLH蛋白。其中, 小鼠108种、果蝇47种和线虫20种bHLH蛋白的功能已比较明确, 功能未知的22种线虫bHLH蛋白中还有15种尚未归入相应家族。文章也对部分被误用的bHLH家族成员名称做了说明, 可为相关研究人员深入开展bHLH转录因子结构与功能的研究提供较为清晰和系统的背景资料。     

果蝇心脏发育基因调控的研究进展

果蝇心脏的发育是一个受到一系列基因共同调控的复杂过程,这些基因在脊椎动物和无脊椎动物果蝇中具有惊人的相似性,对于它们功能的研究将有助于揭示人类心脏发育的过程及分子控制机理.通过将果蝇作为一种重要的模式动物,对心脏发育基因调控的研究进展作一综述.     

APC与神经元极性——放之四海并不皆准的原理

大多数研究者都会相信,调控神经元极性形成和轴突生长方向的机制在大部分神经元中是相同的。然而最近在果蝇上进行的一项研究表明,一些曾被认为起关键作用的蛋白在一些神经细胞中的确很关键,而在另一些神经细胞中却是可有可无的。     

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。     

Sciene杂志发表我科学家又一最新研究成果

2007年6月29日,国际权威学术期刊Science以报告形式发表了中科院上海生科院神经科学研究所郭爱克院士领导的学习与记忆研究组,关于多巴胺和蘑菇体环路调控果蝇基于价值的抉择的最新研究成果。这是该研究组自2001年以来,第三次在Science上发表研究论文。     

果蝇昼夜节律的调控机制

40多年前的遗传筛选鉴定了第一个果蝇生物钟基因period,开启了果蝇生物钟调控机制的研究。随着更多生物钟基因被发现,一个由转录水平的调控及转录后水平的修饰组成的负反馈环路模型逐步形成,被认为是调控昼夜节律的核心分子机制。生物钟驱动果蝇脑内约150个神经元的活动,这些神经元在不同的环境条件下通过不同的方式互作,共同调控果蝇的行为节律。昼夜环境变化中最显著的是明暗变化。蓝光受体cryptochrome在光对昼夜节律的调控中起重要作用。     

昆虫也具有“空间工作记忆”功能

一个复杂环境中视觉方向的确定．需要对环境中所存在的不同目标的位置有一个记忆．以防它们暂时到了视线之外。脊椎动物具有这种功能．被称为“空间工作记忆”．这是一种至少持续几秒钟的工作记忆形式。Neuser等人通过利用一种虚拟现实环境向走动的果蝇呈现虚拟目标发现．昆虫也具有这种功能。将正在前往一个隐藏目标的果蝇引开．它们能在一个目标被移走之后几秒钟记住该目标的位置。这个过程中所涉及的神经元是GABAergic环神经元。     

蘑菇体-昆虫嗅觉学习和记忆中心

蘑菇体(革形体)是昆虫脑内非常重要的一个结构,构成蘑菇体的冠和叶在不同目昆虫中高度分化,其结构虽然保守,但形态上的变化在一定程度上反映了昆虫的进化地位.冠是触角叶嗅觉投射神经元的主要投射区,叶通过输出神经元联系蘑菇体与其它脑区.冠和叶在嗅觉记忆中不可或缺,垂直叶(α叶)支持长时记忆,中叶(γ叶)支持短时记忆.蘑菇体对嗅觉记忆的形成尤其是记忆的再现(提取)具有重要作用.乙酰胆碱(Ach)、γ-氨基丁酸(GABA)和一氧化氮(NO)等是蘑菇体嗅觉突触传递的主要神经递质.蘑菇体内的第二信使系统cAMP-PKA途径和NI-cGMP途径在嗅觉学习和记忆中起基础性作用.     

北草蜥种群间生活史变异的成因分析:热环境、食物可利用性和体温的岛屿间差异

比较浙江温州北麂岛与洞头岛的热环境、食物可利用性以及动物体温,以辨析北草蜥岛屿种群间生活史特征差异中环境因子的作用。通过测定岛屿上北草蜥栖息地植被和环境温度,比较岛屿热环境的差异。野外测定活动蜥蜴的体温、环境温度和活动规律,实验室温梯板中测定动物喜好体温。用陷阱法测定无脊椎动物多样性和丰度,以比较岛屿蜥蜴种群的食物可利用性。岛屿植被存在差异导致热环境的差异。洞头岛植被高于北麂岛,地表层光线透入率则低于北麂岛。因而,洞头岛郁闭地表的平均温度和最高温度显著低于北麂岛,但两岛裸露地面的温度无显著差异。热环境的岛屿间差异进而影响北草蜥的野外体温。在春季,洞头岛的野外有效温度和基底温度显著大于北麂岛,而两岛北草蜥的体温无显著差异;在夏季,洞头岛的北草蜥体温、有效温度和基质温度均显著高于北麂岛;到秋季,北麂岛蜥蜴体温和环境温度高于洞头岛。地面无脊椎动物多样性和丰度的岛屿间差异表明北麂岛食物可利用性大于洞头岛。岛屿间北草蜥日活动规律和喜好体温无显著差异。本研究表明:(1)温度和食物可利用性存在岛屿间差异,岛屿种群间生活史特征差异可能与之有关;(2)两岛屿北草蜥主要采取行为调节对策来适应自然界的热环境变化,尚未发现热生理学特征的进化性漂移[动物学报51(5):797-805,2005]。     

果蝇求偶行为分子调控机制的研究进展

果蝇(Drosophila)的求偶行为受多个基因调控,例如fruitless(fru)、dissatisfaction(dsf)和retained(retn)等。它们通过不同的剪切方式产生特异性产物,利用这些产物来控制雌雄果蝇的求偶行为,它们的剪切方式是雌雄果蝇求偶行为和性别决定所必需的。主要阐述了这些基因在果蝇求偶行为方面的分子调控机制,为进一步研究果蝇的求偶行为和性别决定提供理论依据。     

谈蛇的冬眠

谈蛇的冬眠高本刚蛇类属变温动物,时温度变化尤为敏感,代谢水平又低,缺乏调节体温机制,当冬季气温下降,不足以维护生命活动所需要的温度时,蛇便进入麻痹状态,蛰伏冬眠,待环境条件改善、气温回升才苏醒重新出洞活动,这是蛇等变温动物对环境的适应。据观察,蛇在外...     

用“增强子陷阱”技术构造并筛选果蝇UAS/GAL4系统中GAL4新品系及脑基因表达图谱数据库的开发

"增强子陷阱"技术是建立果蝇脑全基因组表达图谱及其数据库的重要方法.筛选获得新特异表达的GAL4品系,可为进一步研究果蝇脑神经在学习记忆功能提供强有力的基因工具.通过"增强子陷阱"技术来获得果蝇突变体,并与报告转基因果蝇(UAS-EGFP)杂交,用荧光显微镜观察成年果蝇脑内荧光分布,从而获得该突变体的脑基因表达图谱,在此基础上利用JavaScript来建立果蝇脑全基因组表达数据库.目前获得基因突变体果蝇2 677种,大部分在果蝇脑中有表达,其中在果蝇嗅觉学习记忆相关脑区蘑菇体表达的基因有368个,且有部分基因特异地表达在某些传导通路上.这些果蝇基因突变体库及其表达图谱为进一步研究各基因的功能及作为遗传工具来研究各脑区结构和功能提供极大方便.