杰青在本领域权威刊物发表神经元最新研究成果

　　

生物通报道：来自中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所的研究人员发现了果蝇兴奋性中间神经元（eLNs）的功能性联系和选择性气味反应作用，这对人们理解嗅觉编码的神经环路机制有重要的意义。这一研究成果公布在神经科学领域权威刊物《Neuron》杂志上。同期杂志还邀请了嗅觉编码研究领域的著名科学家Gilles Laurent撰写了评论性文章。

领导这一研究的是神经科学研究所的王佐仁研究员，其早年毕业于华东理工大学，主要的研究目标是要从神经环路水平阐述感觉输入决定动物行为的内在机制，他们应用电生理记录、钙影像等手段来研究神经环路中的各成员的神经活动，有助于阐述感觉输入信号在脑中被编码和加工的机制。文章第一作者是博士研究生黄菊。

兴奋性中间神经元（eLNs）对嗅觉信息处理起重要的调节作用。然而，eLNs的电生理特性以及它们与其它神经元的突触连接与作用机制并不清楚。

在这篇“Functional Connectivity and Selective Odor Responses of Excitatory Local Interneurons in Drosophila Antennal Lobe”的文章中，研究人员发现eLNs与投射神经元（PNs）之间存在广泛但强度上有差异的相互兴奋作用。这种相互兴奋作用从eLNs到PNs方向主要由电突触（gap junctions）介导，从PNs到eLNs方向则主要由胆碱能化学突触所介导。

研究还发现，eLNs之间的联系也存在明显的相互兴奋作用，但是eLNs与抑制性中间神经元（iLNs）之间的相互作用则较少存在。此外，在体气味反应实验证明同一eLN对不同的气味，以及不同eLNs对同一种气味均呈现出不同的具有时间特异性的反应模式。这些研究发现对人们理解嗅觉编码的神经环路机制有重要的意义。

王佐仁研究组在今年接连发表了多篇文章，包括发现果蝇蘑菇体至触角叶的反馈，利用遗传学方法将外源P2X2受体特异表达在果蝇的蘑菇体从而研究果蝇的蘑菇体至触角叶的反馈。

研究人员利用遗传学方法将外源P2X2受体特异表达在果蝇的蘑菇体从而研究果蝇的蘑菇体至触角叶的反馈。蘑菇体的激活以乙酰胆碱受体依赖的方式诱发了触角叶的投射神经元和局部中间神经元的去极化改变。蘑菇体神经元βγ-轴突的激活与胞体的激活相比，引起了更强的触角叶神经元的去极化改变。这些结果表明：果蝇蘑菇体与触角叶之间存在功能反馈，这种反馈很可能是经βγ-轴突介导的。果蝇蘑菇体至触角叶的功能性反馈提示果蝇嗅觉信息处理存在着自上而下的调节。

另外研究人员还发现了果蝇味觉感觉水时的一个关键介导因子：PPK28，他们认为PK28通道作为渗透压感受器，参与果蝇的味觉水感受。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Functional Connectivity and Selective Odor Responses of Excitatory Local Interneurons in Drosophila Antennal Lobe

Local interneurons in the Drosophila antennal lobe are thought to play important roles in shaping odor responses. However, the physiological properties of excitatory local interneurons (eLNs) and their connectivity in the antennal lobe remain unclear. We first characterized the firing patterns of krasavietz-Gal4-labeled eLNs (krasavietz eLNs) in response to depolarizing currents. Paired recordings of krasavietz eLNs and PNs showed reciprocal excitatory connections mediated by dendrodendritic cholinergic synapses and gap junctions. Reciprocal connections were also found between two krasavietz eLNs but were rare between krasavietz eLNs and inhibitory LNs. Analysis of response onset latencies showed that krasavietz eLNs received monosynaptic inputs from ORNs. Furthermore, each eLN responded with distinct patterns to different odors, and each odor elicited distinct responses in different eLNs, with specific temporal patterns of spiking, indicating that eLNs serve specific coding functions in addition to global excitation in Drosophila olfactory processing.

作者简介：

王佐仁博士于华东理工大学获得理学学士学位，于中国科学院上海生物化学研究所获得理学硕士学位，并于美国新泽西州罗格斯大学获得理学博士学位。他在美国加利佛尼亚大学伯克利分校分子和细胞生物学系神经生物学分部进行了博士后研究。 他于2005年加入中国科学院神经科学研究所，任研究员和“神经环路及动物行为”研究组的研究组组长。

研究方向

动物用它们的感觉系统来检测外界环境的物理信息和化学信号。 动物的感觉系统在动物的个体行为（如觅食、回避及逃逸）和群体行为（如交配、照料及侵略）中都发挥着关键的作用。果蝇的感觉系统结构简单，易于进行分子生物学的、遗传学的和电生理的操作，因此果蝇的感觉系统为我们研究外界信息在脑中被传递、加工及整合的机制提供了一个理想的实验系统。我们研究组的研究目标是要从神经环路水平阐述感觉输入决定动物行为的内在机制。

感觉信号在果蝇脑中的加工
　　虽然多种感觉系统的一级感觉神经元（甚至连同二级神经元）的投射方式已经被描述，但是从感觉输入到运动输出的神经环路的其它部分仍然不清楚。 全面的解析从感觉输入到运动输出的神经环路将为我们深入了解参与感觉信号加工的各个成员在脑中的组织方式提供基础，同时有助于我们理解动物行为的机理。 为了达到此目的，我们将开展一系列的结合了分子生物学、遗传学和动物行为学等手段的实验来描绘果蝇脑中感觉信号加工的神经环路。 在通过以上实验来描绘感觉系统的解剖学的同时，我们还必须将解剖学的研究成果与神经环路中各成员的神经活动相结合，从而构建功能上的神经环路。 因此，我们将应用电生理记录、钙影像等手段来研究神经环路中的各成员的神经活动。 这些研究将有助于我们阐述感觉输入信号在脑中被编码和加工的机制。

多种感觉输入信号在果蝇脑中的整合
　　即使是动物对外界环境做出一个简单的行为应答，这样一个过程也需要多个感觉系统的参与。 例如，果蝇的觅食行为、交配行为和回避行为都是由多种感觉输入的总体效果来决定的。 这些感觉输入包括外界刺激物体的形状、质地、气味和味道。 因此，我们推测果蝇的脑中有特定的解剖结构负责整合各种感觉输入，以及协调相应的运动输出。 我们将建立嗅觉加味觉、嗅觉加味觉加视觉的跨感觉模式的动物行为范式，同时进行电生理记录、钙影像等功能研究。 我们将结合这两方面的实验结果来研究多种感觉输入在果蝇脑中进行整合的机制。

动物的行为遗传学
　　遗传突变和筛选是一种发现和确认与某些复杂的动物认知行为（如学习与记忆行为）相关的基因的有力手段。 虽然我们研究组的研究重心是从环路水平来理解动物行为的机理；但是，如果我们能确定与某一动物行为相关的基因，这将极大地有利于我们理解神经环路的组织方式、功能及作用机理。 我们将开展大规模遗传突变及行为学筛选来寻找参与一些特定的动物行为的基因。 找到合适的基因后，我们将对其进行功能分析，并对其影响动物行为的机理做深入地研究。