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我国科学家发现果蝇视觉记忆神经细胞

时间:2006-05-06 11:29来源:Nature China 作者:admin 阅读:


        中国科学院生物物理所刘力研究员和德国合作者研究发现:同人类一样,果蝇也能识别和记忆视觉标志,它们能识别出物体的排列模式(如垂直的或倾斜的棒状物),而不管这些物体第一次是从哪里投射到视网膜上的。在利用基因操纵方法和一个果蝇飞行模拟器所做的一项实验中,研究人员首次在一个昆虫中发现了这些视觉记忆本领所需的神经细胞。他们发现,两组约20个神经细胞存在于“扇形体”内的两个窄层中,它是节肢动物大脑典型的中央复合体中的最大部分。中央复合体的功能过去曾被认为主要是集成两个脑半球中的信息,这项新的研究是首次将明确的行为功能归功于这一大脑区域。

  有关研究成果以“Article”的形式发表在2月2日的《Nature》上,当期杂志还配发了专门的评论文章。这是我国科学家在神经科学领域取得的又一项重要成果。



        2月2日,国际著名学术期刊Nature以“Article”的形式发表了题为《果蝇脑对两种视觉参数的记忆》的研究论文,这一最新发现表明:果蝇个体很小,大脑却相当复杂,其视觉记忆功能需要脑中特定神经元形成回路来完成。Nature同期发表的评论文章认为:这项工作清晰地表明,通过遗传学手段使果蝇成为研究神经结构及其功能的较好模型。事实上,在定位记忆方面可能是最好的模型。

        该文章的第一作者为中国科学院生物物理研究所刘刚博士。这项科学研究是由中国科学院生物物理研究所刘力研究员领导的课题组与国外科学家合作共同完成的。这一研究成果首次证明了果蝇中心脑内-扇形体结构,参与了视觉图形识别过程。具体说,就是扇形体内由神经元树突分支构成的两层水平片状结构,它们分别具有记忆图形重心高度信息和记忆图形朝向信息的功能,从而使果蝇有效地分辨重心或朝向不同的图形。

        在自然界中,果蝇可以根据图形本身所具有的一些参数,如大小、颜色、重心高度和图形朝向等,来完成对相应视觉图形的识别并形成记忆。但是基于这种图形识别的结构基础是什么,也就是果蝇脑中神经元是如何构成功能回路来完成记忆的,却是科学家们不了解、一直在探讨的问题。

        在这项研究的实验过程中,果蝇被固定在视觉飞行模拟器上,可以选择具有两种不同参数的图形(条件刺激)。当果蝇飞向一种图形时,将受到热惩罚(非条件刺激),而飞向另外一种图形时不受到热惩罚,通过这样的条件化训练,在没有惩罚的情况下,果蝇会选择飞向不受惩罚的图形,而回避另外一种图形。果蝇的这种行为是操作式的,即果蝇通过自身的飞行控制着热惩罚的出现与否。

        果蝇的学习与记忆依赖于腺苷酸环化酶。腺苷酸环化酶被认为是偶联条件刺激和非条件刺激的分子位点,不同类型的学习需要不同脑区中腺苷酸环化酶的参与。作者采用分子遗传学方法,选择性地在腺苷酸环化酶缺失果蝇的特定脑区中恢复腺苷酸环化酶功能,并在上述行为实验中检验果蝇对视觉图形的记忆能力。  



刘力研究员简历:      

1989年  毕业于南开大学。  

1996年  在生物物理研究所获得博士学位。  

1997年  获洪堡奖学金在德国维尔兹堡大学做博士后。  

1999年至今  在生物物理研究所工作。  

  

  研究组工作摘要:    

以果蝇为模型,研究学习记忆细胞分子机制以及神经退行性疾病机理:确定影响果蝇学习记忆功能的基因以及相关基因的分子生物学特性以及其在神经递质传递、蛋白质代谢过程中的信号转导机制。并应用“基因疗法”-转基因技术修复由遗传因素所造成学习记忆能力的丧失。  研究果蝇转基因神经退行性病模型,确定导致神经退行性疾病的基因及其表达产物的基本功能及可能参与的细胞通路,为进一步理解人类神经退行性疾病提供实验基础。  

    

  代表性论文:    

Liu  L,  Wolf  R,  Ernst  R.  Heisenberg  M  Context  generalization  in  Drosophila  visual  learning  requires  the  mushroom  bodies.  Nature  400,  753-756  (1999).

Liu  L,  Wang  X,  Xia  SZ,  Feng  CH,  Guo  AK.  Conditioned  Visual  Flight  Orientation  in  Drosophila  melanogaster  Abolished  by  Benzaldehyde.  PHARMACOL  BIOCHEM  BE  61,349-355  (1998).  

Wolf  R,  Wittig  T,  Liu  L,  Wustmann  G,  Eyding  D,  Heisenberg  M.  Drosophila  Mushroom  Bodies  Are  Dispensable  for  Visual,  Tactile,and  Motor  Learning.  LEARN  MEMORY  5,  166-178  (1998).

Zhefeng  Gong,  Shouzhen  Xia,  Li  Liu,  Chunhua  Feng,  and  Aike  Guo.  Operant  visual  learning  and  memory  in  Drosophila  mutants'  dunce,  amnesuac  and  radish.  JOURNAL  OF  INSECT  PHYSIOLOGY  44,  1149-1158  (1998).  s

Shouzhen  Xia,  Li  Liu,  Chunhua  Feng,  and  Aike  Guo.  Memory  consolidation  in  Drosophila  operant  visual  learning.  LEARN  MEMORY  4,  205-218  (1997).  (责任编辑:泉水)
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