中国科学院生物物理研究所刘力研究员与德国合作者研究发现：果蝇能够识别和记忆视觉标志，例如物体的排列模式（垂直或倾斜的棒状物），无论这些物体最初投射在视网膜的哪个位置。通过基因操纵方法和果蝇飞行模拟器实验，研究人员首次在昆虫中发现了负责视觉记忆的神经细胞。这些细胞位于“扇形体”内的两个窄层中，扇形体是节肢动物大脑中央复合体的最大部分。过去认为中央复合体主要功能是整合两个半球的信息，而这项研究首次将明确的行为功能归因于该脑区。

相关研究成果以“Article”形式发表在2月2日的《自然》杂志上，同期还配发了评论文章。这是我国科学家在神经科学领域取得的重要成果。

该研究的第一作者为中国科学院生物物理研究所刘刚博士。研究由刘力研究员领导的课题组与国外科学家合作完成。研究首次证明果蝇中心脑内的扇形体结构参与视觉图形识别过程。具体而言，扇形体内由神经元树突分支构成的两层水平片状结构，分别负责记忆图形重心高度和图形朝向信息，使果蝇能够有效分辨重心或朝向不同的图形。

在自然界中，果蝇可根据图形的大小、颜色、重心高度和朝向等参数识别视觉图形并形成记忆。然而，这种图形识别的结构基础——即果蝇脑中神经元如何构成功能回路来完成记忆——此前一直是未解之谜。

实验过程中，果蝇被固定在视觉飞行模拟器上，可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，会受到热惩罚（非条件刺激），而飞向另一种图形则不受惩罚。通过条件化训练，果蝇在无惩罚时选择飞向不受惩罚的图形，回避另一种图形。这种行为是操作式的，果蝇通过自身飞行控制热惩罚的出现与否。

果蝇的学习与记忆依赖于腺苷酸环化酶，该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，在腺苷酸环化酶缺失果蝇的特定脑区中恢复该酶功能，并在行为实验中检验果蝇对视觉图形的记忆能力。

核心学术观点：本研究首次将果蝇中央复合体的扇形体与视觉记忆功能直接关联，揭示了特定神经元层在图形参数记忆中的分工，为理解昆虫乃至高等动物的视觉认知机制提供了重要模型。

参考文献：

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, Aike Guo. Operant visual learning and memory in Drosophila mutants' dunce, amnesiac and radish. JOURNAL OF INSECT PHYSIOLOGY 44, 1149-1158 (1998).

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