上海神经所最新《科学》文章

　　

生物通报道：来自中科院上海生命科学研究院神经生物学研究所神经生物学重点实验室（Key Laboratory for Neurobiology），生物物理研究院脑与认知科学国家重点实验室（State Key Laboratory of Brain and Cognitive Sciences）的研究人员在之前实验的基础上证明了蕈形体多巴胺神经系统环路是果蝇行为选择中的关键元件，为进一步揭示神经系统行为选择神经环路机制提出了新的思路。这一研究成果公布在《Science》杂志上。

领导这一研究的是上海生命科学研究院神经生物学研究所的郭爱克教授，参予研究的还有彭岳清和奚望等人，郭爱克教授一直致力于果蝇神经学研究，2005年其题为《果蝇跨模态学习的相互作用》的研究论文也登上了《Science》杂志，在这项研究中首次发现在一定的时间和空间条件下，果蝇在视觉和嗅觉不同模态之间，具有学习与记忆的协同双赢和相互传递的功能。

原文摘要：
Science 29 June 2007:
Vol. 316. no. 5833, pp. 1901 - 1904 DOI: 10.1126/science.1137357
Dopamine-Mushroom Body Circuit Regulates Saliency-Based Decision-Making in Drosophila
[Abstract]

黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）生活周期短（约15天），突变性状多，唾腺染色体大且有特定的横纹，加上容易在室内饲养，所以是进行遗传学实验研究的好材料。郭爱克研究小组将果蝇作为研究两难抉择的模式动物，这在国际上属于首次。

研究小组成员利用果蝇从基因－脑－行为的结合上，在分子，细胞和行为等多个层面上，揭示果蝇的学习记忆、模式识别、选择性注意和类似抉择行为的分子／细胞的，以及整合的神经机制。

在之前的研究中（见上海生科院郭爱克研究小组最新文章：果蝇研究又一重要成果），利用飞行模拟器研究，研究人员发现果蝇在没有先期经验的情况下，不能有效地从形状颜色组合的图形中抽提出单个形状或者颜色特征，但是，预先用某一特征，即使是不同图像的抽象特征来训练果蝇后，果蝇就能在随后同类的特征抽提中起到显著提高的作用。利用果蝇在遗传方面的优势，他们还进一步探索了经验依赖的特征抽提的神经环路机制，同时研究人员也表明果蝇脑中蕈形体对于上述行为是必需的。

在这篇文章中，研究人员进一步发现果蝇基于竞争性视觉线索（competing visual cues）的相对显著性（ salience）可以在可变飞行选择（alternative flight options）中作出合适的判断。这种判断选择行为包括两个阶段：早期阶段和晚期阶段。前者需要多巴胺神经系统（dopaminergic system）和蕈形体（mushroom bodies）激活，而后者则相反，不依赖于这两者的激活，而且免疫组化分析也表明蕈形体受到多巴胺神经轴的支配。因此研究人员认为蕈形体多巴胺神经系统环路是果蝇行为选择中的关键元件。
（生物通：张迪）

附：
郭爱克简介

中国科学院生物物理研究所所长。

1960-1965，就读于前苏联莫斯科大学生物物理学专业，
1979年获得慕尼黑大学自然科学博士，
1982。11--1984。6作为访问学者在西德马普生物控制论所工作。

获奖成果有：
1、1966-1968,参加中国核试验远后期生物效应研究，该项目获1988年中国科学院科学技术进步一等奖（一般参加者）
2、授奖项目1993年获中国科学院自然科学二等奖《复眼光感受的神经生物学机制及视觉运动感知的神经计算原理》（第一获奖者）。

目前主要研究内容：

由于果蝇可以实现梦幻般的遗传操作，果蝇的脑具有适中的复杂性，以及果蝇较为复杂的学习行为，所以目前主要以果蝇为实验模型，拟从基因－脑－行为的结合上，在分子，细胞和行为等多个层面上，揭示果蝇的学习记忆、模式识别、选择性注意和类似抉择行为的分子／细胞的，以及整合的神经机制。

主要的研究手段为：采用果蝇各类学习记忆突变体和转基因果蝇，以及基因敲除果蝇，多种学习范式（操作式条件化和经典联想式学习范式和抉择范式），片膜箝电生理记录，Ca2+成像，生物化学及计算神经科学建模等，目标是将从基因的、分子的、细胞的、生物化学的、解剖的与行为的数据结合为一体，从神经整合的角度理解脑与智力的关系。

本项研究主要是基础科学．在20世纪生命科学发展的历史长河中，果蝇扮演了十分重要的角色，是十分活跃的模型生物。遗传学的研究；发育的基因调控的研究；对于各类神经疾病的研究，如神经纤维瘤，巴金森氏病，老年痴呆症，药物成瘾和酒精中毒；衰老与长寿；日节律和类睡眠；学习记忆等都有果蝇的供献．新近的研究表明，果蝇可以作为研究脑的泛化／注意／抉择等整合功能的模型．由于脑功能的分子或细胞机制在进化上可能是保守的，所以对果蝇的上述研究的科学意义将超过果蝇自身。

从事科研项目介绍：
视觉运动和模式信息的神经计算研究，中科院75重点课题 
视知觉拓扑检测理论、模型及脑机制。国家基金87-89课题 
神经网络的理论模型及电路模拟，院重点课题，1987-1990 
视觉计算神经网络的自组织，国家模式识别重点实验室课题，1988-1989 
视觉运动感知的神经回路网络研究，中科院视觉信息加工开放实验室课题，1992 
国家基金委重大项目《神经网络理论模型及应用方法研究》，（1990-1993），项目两主持人之一。 

目前承担课题：
国家攀登计划《脑功能及其细胞分子基础》的课题《视觉感知的神经计算和自组织原理》。 
国家自然科学基金委信息科学部重点项目《主动视觉及其计算神经科学基础》（项目负责人主持人，三个子课题之一，“视觉运动神经网络”课题负责人）。 
国家基金委生命科学部面上项目：视觉选择性注意和记忆的模块式神经计算模型。

主要论文及著作：
Vlagimirov. U.A., Guo Aike, D.U.Roschypin (1996): The Study of first photochemistry process in Protein. Biophysics(In Russian )) Vol XI.No.2.P237-245 
Guo Aike(1979): Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Fakukitaet fue Biologie der Ludwig-Maximilians-Universitaet Muechen, 977.10.01-1979.09.20; in Deutsch 
Reichardt.W., Guo Aike(1986):Elementary Pattern Discrimination(Behavioural Experiments with the Fly Musca Domestica) Biol.Cybern.53.285-306 
W.Rechardt,M.Egelhaaf and A.Guo(1989):Processing of figure and background motion in the visual system of the fly. Biol. Cyber. 61:327-345 
Danmei Chen, Wu.S., Guo Aike and Yang,Z.R.:Self-Organized Criticality in a cellular automaton model of pulse-coupled integrate-and-fire neurons Model of the Brain.J phys.A:Math .Gen.,28(1995)5177-5182 
Guo, A. K., Liu, L., Xia, S. Z., Feng, C. H., Wolf, R. And heisenberg, M. (1996).Conditioned visual flight orientation in Drosophila: Dependence on Age, Practices and Diet. Learning& Memory, 3, 49-59. 
Xia, S. Z., Liu, L., Feng, C. H. And Guo, A. K.,(1997).Nutritional Effects on Operant Visual Learning in Drosophila melanogaster.Physiology & Behavior, 62(2),263-271. 
Sun, H.J. Liu, L., Feng, C. H. And Guo, A. K.,(1997).Modeling Research on Spatiotemporal Dynamics of Hippocampus. International Journal of Bifurcation and Chaos, 7(1).187-198 
Sun, H.J. Liu, L., And Guo, A. K.,(1997)Logistic Map Graph Set.Computers and Graphics An International Journal of Systems & Applications in Computer Graphics:Chaos & Graphics Section,21(1).89-103 
Xia, S. Z., Liu, L., Feng, C. H. And Guo, A. K.,(1997),Drug disruption of Short-term memory in Drosophila melanogaster, Pharmacol, Biochemi. & Behav.,58(3),727-735. 
Xia, S. Z., Liu, L., Feng, C. H. And Guo, A. K.,(1997).Memory condolidation in Drosophila operant visual learning ,Learing &memory,4(2),205-219 
Guo. A.K., K.G. Goetz.(1997).Association of visual objects and olfactory cues in Drosophila Learning & Memory.4(2),192-205