生物体的运动行为既井然有序又丰富多样,是由一系列保守的基础运动模块灵活组合而成。然而神经系统是如何产生这样丰富有趣的运动去探索和适应运动空间,仍然是未解之谜。我们以线虫为研究对象,探究生物体产生稳健而灵活运动序列的神经环路机制。线虫在受到外界潜在危险和威胁时,例如机械刺激或者热刺激,会稳健地触发逃逸行为。这种逃逸行为具有非常保守的组成模块(例如前进运动,后退运动,转弯运动),但是每个运动模块的出现序列和延续时间却大有不同。综合运用光遗传技术、钙成像技术、和计算建模,我们发现:在循环神经网络中前馈的神经通路可以解释为何外界刺激能稳健地触发各种运动序列的逃逸行为;不同运动模块相关的神经元之间的相互抑制,伴随短时程抑制(STD,一种突触可塑性),解释了运动模块转化的灵活性。同时我们发现线虫不同运动模块之间存在负反馈抑制性环路,能够帮助线虫终结现有运动,完成运动模块之间转换。借助线虫的神经网络联结图谱和分子生物学技术,我们进一步鉴定出前馈的神经通路依赖于中间神经元(例如AIB)和运动神经元(例如RIV,SMD)之间的电突触;中间神经元之间的相互抑制则依赖上游神经元(例如AIB)释放谷氨酸能神经递质和下游神经元(如RIB,AIY)表达相应的氯离子通道。本研究在线虫这一简洁紧凑的神经系统中,鉴定出实现灵活而稳健运动的神经环路算法,为理解更高等生物的感觉运动转换及其神经调控环路奠定了扎实基础,也为下一代类脑机器的设计提供了灵感和思路。