Nature Neuroscience：果蝇大脑，仿生导航的开路兵

日本RIKEN脑科学研究所的研究人员在果蝇模型中鉴定了2个独立的飞行导航通路。该研究发表于《Nature Neuroscience》，研究使用的飞行模拟器可对活动中的神经元成像，独立显示自发飞行运动中果蝇大脑的信息处理神经元地标。

　　

生物通报道：导航功能涉及寻找食物、居住地和同伴的能力，是大多数动物生存的关键。通常关系到多种信息的组合。项目组长Hokto Kazama解说：“为了节省食物搜寻时间，动物利用地理标记和回忆等线索定位自身所在位置。”这对许多昆虫和哺乳动物来说是一种本能，但科学家们想知道为了完成这项任务，动物脑部是如何运作的。

过去，此类研究主要集中在鸟类和哺乳动物身上，Kazama团队却选择了黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）。课题组认为尽管它们大脑简单微小，但导航能力惊人——不仅需要准确地降落在水果上，还得小心躲避急躁的人类。

果蝇保持飞行时，怎样研究它们的大脑呢？正如通讯作者Hiroshi Shiozaki指出：“最大的问题是如何记录大脑飞行导航活动。如果让头部在空中保持固定，显然会阻止果蝇的自然活动。”

于是，他们设计了这个独特的系统，先固定果蝇头部，然后让它们观看视频屏幕。当果蝇翅膀挥动时，视频场景也相应旋转。在这个虚拟空间中，果蝇展示了其导航活动的线索组合：视觉地标信息和有关飞过路径地标的储存记忆。

接下来，研究小组利用双光子钙成像（two-photon calcium imaging）研究了“虚拟飞行”导航模式下的果蝇脑活动。该技术是这项研究的关键技术，因为它可以记录单个神经元活动。钙成像结果显示，果蝇脑部一个名叫“球（bulb）”的部分携带导航所需的多种信息。

仔细检查发现，bulb内部的信息在物理上相互隔离。例如，一组bulb神经元携带标志性位置记忆，另一组携带所在位置和预计路线信息。“据我们所知，这是首例被发现的神经元能活跃地反射昆虫的一类短时记忆的证据。”Shiozaki补充道。

bulb的内部分区的微纤维球（microglomeruli ）最后被证实分别属于两个独立的神经回路中的两条通路。这种类型的组织方式可以确保多类型信息不受干扰地传递流动，同时节省脑部空间。

“昆虫也具有经济的头脑，理解这些生物学原理不仅可拓展神经科学领域认识，还有助于工程师和机器人专家开发具备导航功能的小机器人，”Shoizaki说。

原文标题：Parallel encoding of recent visual experience and self-motion during navigation in Drosophila

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