你可能听说过“缸中的大脑”，这是一个讨论模拟现实和概念的哲学场景。这听起来可能很奇怪，也不现实。然而，幼虫果蝇的神经科学家确实通过实验来了解神经回路是如何工作的。

幼虫果蝇(黑腹果蝇由于它们的中枢神经系统(CNS)相对简单(包含约10,000个神经元)并且易于各种遗传操作，因此是研究神经回路的强大模式生物。神经元的活动可以通过一种叫做GCaMP的荧光蛋白来监测，当神经元活跃时，它会发出荧光。先进的遗传技术使我们能够在少量神经元中表达GCaMP。然后我们使用荧光显微镜观察特定神经元的活动(图1a)。如果处理得当，即使与身体分离，中枢神经系统的活动也能在溶液中持续数十分钟。这种准备对于研究自发的神经活动是有用的，这些活动发生在没有身体的情况下，反映了动物的运动(称为主动运动)。因此，我们使用这种准备来观察与各种幼虫行为相对应的神经元活动，包括向前/向后爬行和转身。

图1所示。

许多动物的行为都是有节奏的，就像你看到的人类走路和鱼游泳一样。节律性运动输出已知是由称为中枢模式发生器(CPGs)的神经回路产生的。然而，在细胞水平上对CPGs的原理了解甚少。了解cpg的第一步是识别与cpg相关的神经元并研究其功能。为了识别幼虫中cpg相关的神经元，我们试图以数据驱动的方式对分离的中枢神经系统中发生的节律活动进行分类。我们应用机器学习算法(称为预训练深度学习模型)和统计数据分析(称为无监督聚类算法)来开发一种新的计算方法，用于对运动活动模式进行分类(图1b)。利用这种方法，我们发现两个神经元Seta和Leta表现出与向后爬行(BW)相关的活动。

接下来，我们问这些神经元是否真的在动物的向后爬行中起作用。我们使用了一种叫做光遗传学的方法，它利用光来控制神经元的活动，来揭示这些神经元的功能。当Seta或Leta被光遗传学激活时，向后爬行的数量显著增加(图1c)，表明这些神经元是与向后爬行相关的cpg的一部分。Seta和Leta神经元表达血清素的受体(称为5-HT2A)，这是一种众所周知的神经递质。因此，我们寻找血清素信号和向后爬行之间的关系。我们用有害光刺激幼虫诱导其反向爬行，同时抑制表达5- ht2a的神经元(包括Seta和Leta)或表达5-羟色胺的神经元(图1d)，发现其反向波数明显减少。当我们使用选择性抑制剂(酮色林)抑制5-HT2A受体时，也获得了类似的结果(图1e)。综上所述，我们的研究从观察孤立中枢神经系统的神经活动开始，揭示了5-羟色胺可能通过Seta和Leta神经元上的5-HT2A受体调节幼虫向后爬行。

Jeonghyuk Park, Akinao Nose
东京大学理学院物理系，日本东京
东京大学复杂科学与工程系，日本千叶

出版

数据驱动的运动活动分析暗示了5-HT2A神经元在果蝇幼虫向后运动中的作用。
李建军，李建军，李建军，李建军
2018年7月9日

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