星形胶质细胞通过调节ORN-PN突触强度调控果蝇的嗅觉环路

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本文主要从以下几个部分展开论述:  第一部分:星形胶质细胞通过调控嗅觉感受器神经元与投射神经元的突触来调控嗅觉环路  果蝇的星形胶质细胞与哺乳动物的星形胶质细胞形态上具有高度的相似性,在果蝇中枢神经系统中广泛分布。果蝇触角叶是嗅觉系统的第一级中转站,嗅觉感受器神经元与投射神经元在该区域产生突触结构,传递嗅觉信息。形态学的研究表明,触角叶中的星形胶质细胞的末梢与突触具有很紧密的联系。然而该星形胶质细胞的功能还无人知晓。在本研究中,我们采用了活体钙成像技术,电生理技术以及遗传学技术揭示了星形胶质细胞的功能。我们采用活体钙成像技术发现在静息状态下触角叶中的星形胶质细胞会出现自发的区域性的细胞内钙水平升高。为了研究该钙活动对神经元的影响,我们采用遗传学与活体钙成像结合的方法,调控星形胶质细胞的钙水平同时观测投射神经元对气味刺激的反应,我们发现星形胶质细胞钙水平升高会抑制投射神经元对气味刺激的反应。作为对照试验,我们采用类似的方法调控触角叶中另一种重要的胶质细胞——鞘胶质细胞,同时观测投射神经元对气味的反应,发现该类型的胶质细胞不会影响神经元的功能。我们使用电生理的手段进一步研究星形胶质细胞抑制神经元作用的环路机制,发现激活星形胶质细胞会抑制投射神经元的兴奋性突触后电位(excitatorypostsynaptic potentials)的幅度和斜率。该结果表明星形胶质细胞能够负向调控突触强度。星形胶质细胞钙水平升高现象不仅出现在触角叶中,在果蝇中枢系统其他区域也会出现。我们使用果蝇运动环路作为模型检测星形胶质细胞的作用,我们发现激活星形胶质细胞会诱导果蝇瘫痪,进一步的电生理实验也表明激活星形胶质细胞能够抑制果蝇运动系统的信号传递。综上所述,我们发现了果蝇触角叶中的星形胶质细胞的新的作用,即负向调控突触来影响嗅觉环路。而且该机制看起来是果蝇神经系统的普遍机制。  第二部分:果蝇Lobula的投射神经元参与到运动定义的二级运动感知过程中  二级运动是一种亮度信息在时间和空间上没有一致性的运动模式,很多生物包括人类和果蝇都能够识别该类型的运动。近日电生理实验以及心理物理实验揭示了二级运动在哺乳动物中的神经基础。然而果蝇如何处理高阶运动信息还是未知的。我们利用了果蝇特有的遗传优势以及果蝇的视动反应,分析了果蝇对多种运动模式的反应能力。我们发现Lobula中的两个神经元参与到运动定义的二级运动过程中。这两个神经元是Lobula的投射神经元,负责Lobula与中央脑区的信息联通。运动定义的二级运动是指由与整体运动方向相反的局部运动所形成的运动模式。我们阻断这两个神经元的功能,发现果蝇能够感知一级运动和闪烁定义的二级运动,并且感知速度与野生型果蝇相同。而阻断这两个神经元严重影响果蝇对运动定义的二级运动的感知能力。我们的实验揭示了Lobula中神经元的功能,而之前该脑区一直是个迷,表明该脑区与中央脑之间的联系负责了高级运动模式的识别。
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