好書推薦！《動物行為實驗指南》電子版pdf，網盤發貨

《動物行為實驗指南》共674頁，涵蓋了常見的實驗動物，如小鼠、大鼠和斑馬魚，詳細描述了每一種行為測試的實驗設計、測試設備、實驗流程、評估指標、預期結果、常見問題及解決方法、數據分析、模型應用與局限性等各個方面。它通過快速引導，幫助研究人員高效地掌握實驗的每個階段，減少了查閱文獻和尋找方法的時間，成為各類科研人員的重要參考資料。 《動物行為實驗指南》共計收錄了16種動物行為類型，包括焦慮抑郁、學習記憶、痛覺、運動、恐懼、社交、癲癇、操作、成癮、視覺、癢覺、味覺、嗅覺、睡眠、斑馬魚行為以及常見動物模型等內容。每一類動物行為下，都詳細介紹了多個經典的實驗范式，涵蓋了超過100種實驗方法。 www.behaviewer.com

許多動物通過光流（optic flow）進行導航，通過檢測雙眼之間的圖像旋轉速度差異來調整行進方向。當動物向前移動時，會產生強烈的對稱性平移光流，這可能會掩蓋這些方向性的差異。然而，大腦能夠高效地提取出這些雙目不對稱信號，以實現航向控制。

基于此，2025年5月1日，葡萄牙里斯本M. Eugenia Chiappe研究團隊在nature neuroscience雜志發表了“A competitive disinhibitory network for robust optic flow processing in Drosophila”揭示了用于果蠅穩健視運動處理的競爭性去抑制網絡。

在黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）中，單眼水平系統神經元有助于檢測雙目不對稱性并參與轉向行為。為了理解這些功能，利用電子顯微鏡數據重建了水平系統神經元的中樞網絡結構，揭示了其匯聚的視覺輸入、一個具有復發性抑制的中間層以及一個發散至腹神經索和更深層腦區的輸出層。通過雙光子成像、GABA受體操控以及建模分析，作者發現側向去抑制機制降低了輸出對平移運動的敏感性，同時增強了其對旋轉運動的選擇性。單側操控實驗進一步驗證了中間神經元和下行輸出在轉向行為中的關鍵作用。這些研究結果確立了競爭性去抑制機制作為在平移運動過程中檢測旋轉運動的關鍵神經回路機制，為果蠅在動態環境中實現有效導航提供了神經基礎。

圖一 研究光流處理在運動過程中用于注視穩定的作用

為了理解HS細胞在轉向中的作用，作者研究了DNp15神經元，這是一對位于HS細胞下游的下行神經元（DNs）其軸突投射至腹神經索。大約三分之二的輸出投射到與頸部、平衡棒和翅膀相關的腦區，這與之前報道的DNp15在VNC中的投射區域一致。剩下的三分之一則投射到腿部神經節區域，表明DNp15可能也在行走過程中參與轉向控制。這些分析表明，雙側DNp15的活動可能反映了身體移動過程中的不對稱性，從而有助于穩定視線和行進方向。為了比較HS細胞與DNp15細胞對光流的選擇性差異，在固定狀態下的果蠅中進行了體內雙光子鈣成像實驗，重點觀察HS軸突與DNp15樹突重疊的下后坡區域。呈現了一種雙目不對稱的視覺刺激，模擬水平方向（偏航）旋轉的視覺效果（“yaw”），以及一種雙目對稱的從前向后的刺激（“bFtoB”），模擬前向運動在旋轉敏感系統上的投影。此外，也使用了單側刺激（“右FtoB”或“左FtoB”）以評估雙眼回路之間的相互作用。HS細胞對同側從前向后的運動敏感，具有速度調諧特性并擁有較大的感受野，其中僅在雙眼前方區域存在較小的雙目重疊區。與HS細胞之間存在的化學性和電突觸連接相一致，DNp15表現出相似的速度調諧特性，并對“偏航”刺激表現出最高的敏感性；然而，與HS細胞不同的是，DNp15明顯受到雙目交互的影響，表現為對“bFtoB”刺激的敏感性較低，但對對側從后向前運動的反應更強。在對側退行性的平移視流刺激下，這種差異也依然顯著。為了量化神經元對旋轉性與平移性刺激選擇性的差異，作者定義了一個辨別指數，用于比較神經元對“bFtoB”與“偏航”刺激，或“前進行”與“側滑”刺激的響應差異。結果顯示，DNp15對旋轉性刺激具有更高的選擇性，表明其具備整合雙目視流的能力，非常適合檢測身體平移過程中的不對稱性。

圖二 識別處理視流敏感輸入的中樞網絡

為了探究HS細胞與DNp15細胞之間信號轉換的潛在回路機制，作者識別了HS細胞以及LPT細胞的主要下游突觸伙伴：H2細胞和VS細胞。其中，H2細胞通過化學和電突觸與HS細胞連接，并對對側從后向前的水平運動產生反應；而VS細胞則響應垂直方向的旋轉視流。利用FAFB數據集繪制了HS、H2和VS細胞軸突末端的化學突觸。手動追蹤突觸前和突觸后結構顯示，這三種細胞都接收軸突輸入，表明其活動受到中樞調控。這些細胞之間形成了強弱不等的突觸連接。FlyWire基于FAFB數據進行半自動重建，而Hemibrain是一個來自雌性果蠅大腦的獨立部分數據集。隨后，作者識別了HS、H2和VS細胞的主要突觸伙伴，并基于FAFB數據集構建連接矩陣進行分析。結果顯示大多數連接較為稀疏，但某些神經元對之間通過數百個突觸形成強烈的單向連接。層次聚類分析揭示出三個主要集群：一是HS和VS細胞與中間神經元lVLPT8組成的群組；二是由H2和HS細胞構成的網絡；三是主要由VS細胞組成的網絡。這種結構在不同閾值設定下保持穩定。H2–HS網絡在中樞中間神經元、H2和HS細胞之間形成了強連接，并包括反饋至CH細胞的通路。該網絡的輸出分為上行和下行兩條路徑：上行路徑通過PS047細胞投射到LAL區域，該區域與方向行為有關；下行路徑則投射到VNC中的腿部、頸部和平衡棒神經節區域，其中包括DNp15和DNa02這兩種與轉向相關的下行神經元。相比之下，VS細胞在H2–HS網絡中僅占一小部分，并擁有相對獨立的輸出路徑，包括反饋到頂眼（果蠅的次要視覺系統）以及部分與H2–HS網絡重疊的中樞中間神經元。這表明H2–HS網絡和VS網絡通過不同的回路處理視流信息。DNp15和DNa02的生理特性，以及LAL輸出路徑的存在，進一步支持H2–HS網絡在雙目視流處理和轉向控制中的作用。例如，DNp15接收來自對側H2的強烈輸入，這與其對對側從后向前運動的敏感性一致。這種來自HS、H2和中樞中間神經元的輸入匯聚可能是DNp15對水平視流具有選擇性的原因。盡管H2–HS網絡和VS網絡基本相互獨立，但它們通過位于中間層的共同LPT重復神經元（LPTCrns）實現反復連接。根據其解剖特征及其與HS、H2和VS細胞的連接關系，共識別出五類LPTCrn。這些神經元包括蟹形LPTCrn，它們在VS網絡中起核心作用，并在IPS中實現雙側投射，與大部分VS和HS細胞形成雙向連接；雙側LPTCrn同樣投射到IPS雙側區域，并與同側的HS和VS細胞形成雙向連接；單側LPTCrn主要參與H2–HS網絡，只在同側投射，并與對側H2及同側HS、VS1-2和VS7-8細胞形成雙向連接。其他類型的LPTCrn專門連接HS和H2細胞。與H2、HS和VS細胞不同的是，LPTCrn還直接接收來自腹神經索的上行輸入。這些連接提示，LPTCrn可能具有不同的視流敏感性，能夠整合視網膜以外的信號與視流線索，并從運動前中樞傳遞額外的信息，從而影響輸出神經元的視流敏感性。

圖三 抑制調節復合視流處理

DNp15對旋轉運動反應強烈而對平移運動反應較弱。在H2–HS網絡中，它從H2、HS和bIPS接收強連接，其次是uLPTCrns和H2rns。這些GABA能中間神經元可能調節HS與DNp15之間的視流處理；然而，在平移視流條件下，只有bIPS活躍，使其成為最可能的調節者。為了研究bIPS對HS和DNp15在復合視流響應中的影響，作者使用了結合固定速度旋轉（模擬行走果蠅在典型角速度下的偏移）和不同前進速度（低速、中速和高速）的刺激組合。考慮到刺激設計的技術差異，還使用標準化設計測試了神經元對閃爍、水平方向和平移視流的響應。在正常條件下以及進行電路干預后分析了神經活動，包括通過Rdl-FlpStop工具破壞bIPS和DNp15中的GABA-A信號傳導，或通過TNT表達阻斷bIPS的化學突觸輸出。阻斷bIPS的突觸輸出對HS對前向運動的響應沒有影響，但略微降低了其對旋轉的敏感性。HS對復合刺激的響應不受bIPS突觸活動的影響，但在中速和高速條件下顯著下降。破壞bIPS中的GABA-A信號對其“偏航”或“前向運動”響應影響不大，但顯著降低了其對“雙眼前向運動”刺激的響應。bIPS對復合視流的響應具有速度依賴性。在低速條件下，當旋轉成分占主導時，bIPS表現出與純旋轉類似的運動方向選擇性。在較高速度下，bIPS對旋轉的選擇性下降，這種變化依賴于GABA-A信號傳導，并與其在平移敏感調節輸出中的作用一致。在DNp15中破壞GABA-A信號傳導導致其對前向運動的敏感性明顯增強，并顯著提高了其對旋轉的敏感性。這可能是由于來自H2–HS網絡的抑制性和興奮性輸入發生了改變。與bIPS類似，DNp15在低速復合刺激下的響應類似于其對旋轉的響應。當GABA-A信號被破壞后，DNp15在所有速度下的復合刺激響應變得更像HS細胞的響應模式。在較高速度下，DNp15的響應下降，可能是由于HS活動減弱。這些發現表明，H2–HS網絡通過平衡興奮與抑制來精細調節視流處理，其中bIPS的速度依賴性活動確保了DNp15對旋轉運動的穩定選擇性。

總結

作者探討了在僅存在視覺信號的情況下，H2–HS網絡如何對信息進行轉換。在無行為狀態下記錄神經活動，這種條件下限制了LPT細胞對自然視流的速度敏感性。HS細胞對高速復合視流的弱響應可能與其對閃爍頻率的敏感性有關，這種特性可能會干擾運動檢測，特別是在存在局部視差線索的情況下：這些線索已知可以激活真正的平移處理系統，但不會激活HS細胞。這些限制可能影響了網絡在處理高速、自然視流刺激時的輸出能力。未來的研究將探索果蠅運動過程中H2–HS網絡的活動，以進一步闡明其依賴于行為狀態的功能特性。研究結果表明，中間層神經元能夠調節DNp15對平移和旋轉成分的敏感性，突出了抑制機制在自然視流處理和自我旋轉估計中的關鍵作用。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41593-025-01948-9