果蠅活體鈣成像方法的建立和在運(yùn)動視覺編碼中的應(yīng)用.pdf

1、大腦使我們具有了思考、學(xué)習(xí)的能力，承載了我們的智慧和情感，但是大腦的工作機(jī)制目前還不清楚。果蠅雖小，但十分“聰明”。其視覺功能強(qiáng)大，且神經(jīng)回路復(fù)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(shù)，相對電生理，雙光子鈣成像技術(shù)可同時記錄多個亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的信號，在神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。目前通常采用的果蠅活體鈣成像方法實驗步驟復(fù)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(shù)的不足，果蠅視覺回路功能也不完全清楚，如運(yùn)動檢測器神經(jīng)元編碼運(yùn)動方向的模式以及其下游神經(jīng)元的響應(yīng)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(jìn)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(yùn)動檢測神經(jīng)元編碼斜向運(yùn)動信息的模式進(jìn)行了研究。
　　本文取得的主要研究結(jié)果和結(jié)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(shè)計了特定的固定架，實現(xiàn)了不依賴輔助設(shè)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(xì)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(jìn)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(yùn)動視覺鈣成像研究模型。首先，我們設(shè)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(fù)雜電路設(shè)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(xì)胞（LPTCs）新的響應(yīng)特性：①VS神經(jīng)元不僅響應(yīng)垂直方向運(yùn)動的視覺刺激，對水平方向運(yùn)動視覺刺激也有顯著鈣響應(yīng)，并且具有方向選擇性（僅響應(yīng)向后運(yùn)動

5、，對向前運(yùn)動無響應(yīng)）。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(yùn)動也具有選擇性響應(yīng)特性。VS神經(jīng)元對后下方向運(yùn)動的響應(yīng)強(qiáng)度顯著高于前下運(yùn)動。HS神經(jīng)元對后上方向運(yùn)動的響應(yīng)強(qiáng)度顯著高于后下方向。③分別使用Rac1和GABA抑制劑調(diào)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(yùn)動方向信息的處理，該結(jié)果支持VS神經(jīng)元通過調(diào)控興奮性和抑制性輸入來實現(xiàn)方向選擇性響應(yīng)的假說。
　　（3）用