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本研究针对果蝇中枢复合体PFNa神经元如何通过超极化诱导的T型钙通道（Ca-α1T）钙锋电位，实现二维向量方向反转的计算功能。研究人员结合双光子钙成像、膜片钳记录和光遗传学技术，发现PFNa细胞在去极化时发放钠锋电位编码正向向量，超极化时通过钙锋电位编码反向向量，从而支持气流方向的全方位 allocentric（以环境为中心）表征。该研究首次揭示了钙锋电位在神经计算中的具体作用，为理解多模态感觉整合提供了新范式。
在自然界中，动物需要将自身感受到的局部感官信息（如风吹来的方向）转换为基于外部环境的全局导航信号，这一过程涉及复杂的坐标系转换。果蝇的中枢复合体（central complex）是研究此类问题的理想模型，其神经元网络能够通过正弦活动模式编码二维数学向量，进而支持导航行为。然而，以往研究多关注于去极化驱动的钠锋电位信号，而对超极化诱导的钙锋电位功能知之甚少。
发表于《Cell》的这项研究，通过整合双光子钙成像、膜片钳电生理记录、光遗传学干预和全脑连接组分析，揭示了PFNa神经元如何利用T型钙通道（Ca-α1T）介导的钙锋电位实现向量方向的反转。研究人员发现，当气流从果蝇前方袭来时，PFNa细胞通过去极化发放钠锋电位，其活动峰值与头部方向信号（由EPG神经元编码）对齐；而当气流来自后方时，PFNa细胞转为超极化状态，通过钙锋电位将活动峰值偏移180°，从而反转所编码的向量方向。这种双向信号机制使得仅用两对向量即可覆盖360°的气流方向计算，突破了传统模型中需要四对向量的限制。
关键技术方法
研究采用双光子钙成像同步记录EPG、PFNa和FC3神经元的活动，结合虚拟现实行为范式与开放式气流刺激系统；通过膜片钳记录PFNa细胞的膜电位振荡与锋电位活动；利用RNA干扰（RNAi）和基因敲除（Ca-α1Tdel/△135）抑制T型钙通道功能；基于全脑连接组数据（hemibrain v1.2.1）解析神经元投射路径；采用光遗传学工具（CsChrimson、GtACR1）对PFNa细胞进行定向激活或抑制。
研究结果
1. PFNa神经元通过钙锋电位实现向量反转
在气流刺激实验中，当气流从果蝇侧面或后方袭来时，PFNa神经元在桥形体（protocerebral bridge）的钙信号峰值相对于EPG头部方向信号发生180°偏移。膜片钳记录进一步显示，超极化可诱发2–6 Hz的膜电位振荡（钙锋电位），其强度与气流方向呈正弦调谐关系。
2. 钙锋电位依赖T型钙通道Ca-α1T
PFNa细胞高表达Ca-α1T转录本（35倍于细胞类型中位数）。通过RNAi敲低或基因敲除Ca-α1T后，PFNa细胞的超极化诱导振荡消失，且气流后方刺激引发的钙信号峰值显著减弱，证实T型通道是钙锋电位产生的分子基础。
3. 下游FC3神经元整合正向与反向向量
光遗传学实验表明，激活PFNa钠锋电位（去极化）可使FC3神经元在扇形体（fan-shaped body）的活动峰与EPG信号对齐；而抑制PFNa诱发钙锋电位（超极化）时，FC3活动峰偏移180°，证明下游电路能读取反转后的向量信息。
结论与意义
本研究首次明确了T型钙通道介导的钙锋电位在果蝇向量计算中的核心作用，突破了传统观点中钙信号仅作为钠锋电位替代指标的局限。PFNa神经元通过双向锋电位机制，实现了基于感官输入（气流方向）和内部参考系（头部方向）的向量反转，为理解神经系统如何利用多种电信号模式完成复杂计算提供了新范式。该机制可能广泛存在于哺乳动物丘脑-皮层回路等具有节律振荡的脑中，为探索睡眠、导航等行为的神经基础开辟了新方向。
