果蠅活體鈣成像方法的建立和在運動視覺編碼中的應用.pdf

1、大腦使我們具有了思考、學習的能力，承載了我們的智慧和情感，但是大腦的工作機制目前還不清楚。果蠅雖小，但十分“聰明”。其視覺功能強大，且神經(jīng)回路復雜程度適中，具有豐富的遺傳操作工具可供使用。因此，果蠅視覺是研究大腦功能的理想生物模型。大腦功能的研究離不開神經(jīng)元功能信號記錄技術，相對電生理，雙光子鈣成像技術可同時記錄多個亞細胞結構的信號，在神經(jīng)生物學領域被廣泛應用。目前通常采用的果蠅活體鈣成像方法實驗步驟復雜耗時，或者不能保證果蠅足的自由活

2、動。而研究表明果蠅活動狀態(tài)對視覺神經(jīng)元的功能信號具有顯著影響。除了研究技術的不足，果蠅視覺回路功能也不完全清楚，如運動檢測器神經(jīng)元編碼運動方向的模式以及其下游神經(jīng)元的響應特性等。
　　針對現(xiàn)有問題，本文發(fā)展了一種簡單高效的果蠅活體鈣成像方法，進一步以視覺研究為模型驗證了我們建立的果蠅活體鈣成像方法的實用性，接著，對果蠅運動檢測神經(jīng)元編碼斜向運動信息的模式進行了研究。
　　本文取得的主要研究結果和結論如下：
　?。?）建

3、立了簡便、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，我們設計了特定的固定架，實現(xiàn)了不依賴輔助設備對果蠅的活體固定，并保證果蠅足可自由活動。此外，我們對膠水選擇等實驗細節(jié)也做了優(yōu)化。最終簡化了樣品制備步驟和操作難度。把樣品制備時間從40 min縮短到了5 min。接著，我們對可能影響鈣成像效果的因素進行了分析并給出了解決方案，如圖像抖動、激發(fā)光功率等。最終實現(xiàn)了用于果蠅的簡便、高效的活體鈣成像方法。
　?。?）建立了

4、果蠅運動視覺鈣成像研究模型。首先，我們設計了一種簡單的視覺刺激器，由2個商品化模塊組裝而成，無需復雜電路設計。此外，我們使用橙色LED點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。接著，以視覺研究為模型驗證了我們建立的果蠅活體鈣成像方法的實用性，并發(fā)現(xiàn)了小葉板切向細胞（LPTCs）新的響應特性：①VS神經(jīng)元不僅響應垂直方向運動的視覺刺激，對水平方向運動視覺刺激也有顯著鈣響應，并且具有方向選擇性（僅響應向后運動

5、，對向前運動無響應）。這和 VS神經(jīng)元樹突的投射區(qū)域相一致。②VS和HS神經(jīng)元對不同的斜向運動也具有選擇性響應特性。VS神經(jīng)元對后下方向運動的響應強度顯著高于前下運動。HS神經(jīng)元對后上方向運動的響應強度顯著高于后下方向。③分別使用Rac1和GABA抑制劑調控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參與VS對運動方向信息的處理，該結果支持VS神經(jīng)元通過調控興奮性和抑制性輸入來實現(xiàn)方向選擇性響應的假說。
　?。?）用