温度是一种重要的环境刺激信号,其对生物体的生理生化有着强烈的影响。生物体通过行为或生理改变实现对温度刺激的正确应答。以往的研究表明神经系统采取不同的环路和分子响应温度的变化。秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans,C.elegans,以下简称线虫）以其精巧的神经网络结构、超高的温度分辨率、以及对培养温度的趋化性行为成为研究温度刺激输入——行为输出的理想动物模型。线虫对升温刺激的响应表现出刺激温度阈值依赖性的特点,但是对降温刺激的响应特征以及隐藏在该特征下的调控机制还有待研究,神经元如何解码快速降温刺激并将这些信息转化为复杂的行为输出尚不明确。针对上述问题,本研究采用基于半导体珀耳帖效应的降温装置开展了针对线虫响应降温刺激的研究,该装置通过可编程的反馈控制电路可以实现不同速率的降温。本研究结合工程学、遗传编码钙指示剂的钙成像技术、定量行为学、光遗传、化学遗传、以及分子生物学的技术手段,研究了线虫响应降温刺激的分子和环路机制。本研究的主要结果总结如下:1.ASH神经元是介导躲避快速降温刺激的主要感觉神经元。2.ASH神经元通过释放谷氨酸作用于AIB上的兴奋性谷氨酸受体GLR-1激活AIB,实现快速降温刺激信号的传导。3.RIM神经元抑制快速降温诱导的倒退行为,而AIB通过释放谷氨酸作用于RIM上的谷氨酸门控的氯离子通道AVR-14抑制RIM神经元活性,从而降低对快速降温诱导的倒退行为的抑制,最终表现出对快速降温诱导的倒退行为的促进作用。这种对抑制倒退行为的神经元的活性起抑制作用的神经环路称为去抑制环路,其最终实现对快速降温刺激诱导的倒退行为的促进作用。上述结果表明伤害性感受神经元ASH也可以感受温度刺激,且对快速降温刺激表现出明显的躲避反应。深入研究发现躲避这种快速降温刺激是通过去抑制神经环路实现的。这种去抑制的神经环路实现了生物体快速响应伤害性刺激,从而实现快速的躲避反应。在温度领域这一全新发现得益于多学科方法的应用。并且这些结果会拓展大家对温度感受领域的认识,同时为解析高等动物响应降温刺激的机制提供理论基础。