《Journal of Comparative Neurology》：Somatotopic Organization of Sensory Inputs From Taste Appendages in the Subesophageal Zone and Brain of the Honey Bee Apis mellifera
编辑推荐：
从外周至脑的味觉通路研究为理解味觉加工与取食选择的神经机制提供了重要线索，这在生态与经济上具有重要意义的物种如蜜蜂（Apis mellifera）中尤为突出。尽管蜜蜂其他感觉模态（尤其是嗅觉与视觉）的神经基础已被充分表征，但该物种初级味觉中枢（食管下区，SEZ
从外周至脑的味觉通路研究为理解味觉加工与取食选择的神经机制提供了重要线索，这在生态与经济上具有重要意义的物种如蜜蜂（Apis mellifera）中尤为突出。尽管蜜蜂其他感觉模态（尤其是嗅觉与视觉）的神经基础已被充分表征，但该物种初级味觉中枢（食管下区，SEZ）及脑内味觉通路的组织原则仍 largely 未被探索。研究人员采用葡聚糖偶联荧光示踪剂对主要味觉附属器（触角、口器与前足跗节）进行顺行大量染色，鉴定了其感觉传入纤维在SEZ内的投射区域。结果表明，感觉环路局限于SEZ特定的、彼此独立的区域，提示存在对应于不同附属器的躯体定位"图谱"。反映SEZ内附属器域间潜在信息交换的投射重叠，在起源于相似附属器的输入之间（例如口器——喙与上颚之间）最为明显，而在不同附属器的域间（例如触角与口器之间）则有限。研究人员还确认食管下区-萼体束（SCT）是SEZ的主要输出。结合SCT逆行染色与味觉附属器顺行染色显示，SCT树突在SEZ内特异性地与上颚（maxillae）的感觉输入重叠。研究人员结合蜜蜂取食行为中的味觉信息加工讨论了这些发现的功能意义，并在跨昆虫类群的比较框架内对结果进行了考量。
研究背景方面，食物源释放多种挥发性和非挥发性化合物，嗅觉协助动物初步探测与朝向潜在食物，而决定摄入或排斥的最终仲裁者是味觉。昆虫的味觉器官（接触化感器）遍布体表，但主要集中于触角、口器和跗节这几个主要附属器，各司其职并贡献于特定味觉行为。蜜蜂作为真社会性昆虫，其味觉加工被认为在社会性组织高级的形式中高度精细化，味觉感知影响食物评估与觅食选择，进而影响蜂群健康与存活，还涉及分工、级型决定与食物源通讯等。然而长期以来研究主要集中于外周味觉刺激检测，对味觉信息在中枢神经系统内如何表征知之甚少，仅有少数研究探索了蜜蜂味觉传入在CNS中的组织，且描述零散或边缘。比较其他昆虫研究可知，不同味觉相关附属器的味觉与机械感觉受体神经元投射至SEZ，SEZ被视为昆虫脑的初级味觉中枢，同时也是取食运动中枢。许多昆虫中味觉附属器的外周位置在SEZ的神经解剖组织中有对应反映，不同味觉器官的味觉受体神经元投射至空间分隔的SEZ区域形成拓扑图。蜜蜂中Rehder和Boycott提供了前胸神经节与SEZ的一般解剖框架，Schr?ter和Menzel探索了其与脑其余部分的联系，SCT连接SEZ与蘑菇体萼体，并注意到喙传入与SCT树突在SEZ内的重叠，但后者是否也接触其他味觉附属器的投射尚未进一步描述。尽管有这些开创性工作，尚无系统研究探究蜜蜂初级味觉中枢及脑内味觉相关通路的组织原则。本研究第一目标是鉴定来源于蜜蜂主要味觉附属器（触角、前足和口器）的感觉传入的投射模式与空间组织，表征接收感觉传入的SEZ区域，确定味觉相关附属器的外部解剖分布是否反映于SEZ，以及不同附属器来源的感觉神经元在该区域是否呈现某种程度的重叠。第二目标是进一步研究SEZ与高级脑中心的连接，可视化SEZ输出通路SCT并确定其特异性重叠的喙结构，以及是否与其他味觉附属器（如触角）的投射重叠，最后进一步研究SCT突触终末与蘑菇体内其他感觉模态投射的空间关系。通过将感觉环路与Rehder和Boycott及Rehder描述的蜜蜂SEZ神经解剖标志相关联，本研究旨在扩展早期研究并为蜜蜂脑内感觉输入的神经解剖组织提供新见解，其功能意义在跨昆虫物种的比较框架内讨论。
研究人员开展的研究及结论与意义方面，研究揭示了SEZ内味觉投射的高度组织化空间排列，不同味觉附属器来源的感觉纤维遵循不同模式并支配SEZ明确定义的亚区，这种空间分隔支持蜜蜂SEZ内存在神经解剖躯体定位图，即味觉附属器的外部空间组织在中枢水平得以保留。研究扩展了 antennal 味觉通路进入前部SEZ的认识，支持触角味觉信息平行传递至背侧脑（mvAMMC，大部分加工可能在此发生）以及三叉脑和SEZ的假说；证实SEZ中腹侧区域整合口器附属器的感觉信息，下颚、上颌和唇的感觉信息在中腹侧SEZ呈分层组织；触角与喙投射的空间邻近支持味觉信息整合；前胸神经节可能是处理跗节感觉信息的初级中心；确认SCT为SEZ向高级脑中心的主要输出通路，其树突特异性与上颚感觉输入重叠。总体而言，这些发现支持SEZ内存在躯体定位图，外周空间信息在中枢水平保留，同时允许不同通路间一定程度的信息共享，可能通过二级中枢神经元实现。投射的分隔有助于昆虫同时协调多种行为，而通路间的重叠可在需要跨附属器协调时促进感觉线索的整合。本研究除增进对蜜蜂脑内味觉信息组织的基础理解外，还可为未来旨在理解蜜蜂脑及SEZ味觉环路如何编码味觉信息的功能研究提供结构基础，有助于解释蜜蜂如何跨多个身体部位协调取食相关行为，并对评估环境应激源（如农药暴露或病原感染）如何影响味觉环路与取食行为具有实用价值。
关键技术方法方面，研究者在法国Gif-sur-Yvette室内外蜂箱入口捕捉蜜蜂工蜂，低温麻醉后固定于解剖室，依据染色需求取腹侧或背侧位，用低温熔蜡固定口器、触角和前足跗节。采用拉制玻璃毛细管涂层葡聚糖四甲基罗丹明或葡聚糖Alexa Fluor 488晶体，对感觉神经与束进行顺行或逆行染色，多数制备行双侧或单侧注射，偶用双荧光染料注射研究不同附属器投射野间及感觉投射与SCT树突间的重叠。分别对触角（第10鞭小节感觉板及柄节）、口器（前颏、galea、上颚）、前足（跗节端爪及股节）及SCT进行染色。脑制备后经固定、乙醇脱水、水杨酸甲酯透明，用共聚焦激光扫描显微镜成像，Fiji生成二维投影，AMIRA进行三维重建，据扫描数据估计神经投射空间范围并进行视觉比较。
研究结果方面，3.1 主要味觉附属器的感觉（与运动）投射：3.1.1 触角域，感觉板大量染色显示感觉投射专一地进入背侧脑的AMMC，T5I分支树突终末延伸至三叉脑与SEZ最前缘交界区，投射野厚约170–180 μm且专属于同侧；柄节注射标记鞭小节肌肉运动神经元及Johnston器传入T6分支。3.1.2 口器域，3.1.2.1 上颚染色显示感觉投射经上颚根进入上颚神经节，沿中腹束延伸，最终跨越至相邻上颌神经节与最后唇神经节，投射野约280 μm，主要限于同侧腹侧SEZ内侧与中外侧部。3.1.2.2 上颌染色显示感觉纤维经上颌神经进入并分叉为前支Mxab与后支Mxpb，Mxab向前内侧延伸、跨越SEZ与三叉脑边界、终止于AMMC附近呈特征性手状终末，Mxpb向后内侧投射朝向颈 commissure，投射野约340 μm，主要限于同侧腹侧SEZ。3.1.2.3 唇染色显示感觉纤维经唇神经进入并分叉为前支Lbab与后支Lbpb，均限于唇神经节，Lbpb经唇背侧 commissure V投射至对侧唇神经节，投射野约180 μm，主要占据后内侧区。3.1.3 前足域，跗节端爪感觉传入经第10神经进入前胸神经节，沿后缘腹侧路径终止于VMT区域，投射简单、分支极少，约150 μm，限于同侧后腹侧部；向前胸神经节跗节投射野注射可追踪至SEZ，纤维经颈 connective 进入SEZ背侧层广泛分支并跨中线，进一步上行至背侧脑mPPL与cPPL及前脑。3.2 SEZ内附属器特异性投射的重叠：触角投射与口器或足感觉投射无明显重叠，但上颌手状前突恰好终止于触角鞭小节味觉传入T5I与Johnston器机械感觉传入T6II投射区腹侧；口器附属器感觉投射呈有序空间分布，上颌投射广泛并与唇及上颌感觉区显著重叠，上颚投射与唇投射广泛重叠，唇投射最为紧凑且严格限于自身神经节；推测来源于前足跗节的投射主要占据SEZ背侧区，与口器投射域重叠有限。结论为味觉相关附属器感觉环路均局限于SEZ内定义区域，同一附属器输入间重叠显著，不同来源附属器间重叠非常有限。3.3 SCT及其与SEZ附属器表征的重叠：SCT为SEZ与高级中心间的直接连接，每半球SCT神经元胞体约100个，位于视叶lobula与三叉脑/SEZ融合神经毡之间，轴突经前脑进入萼体神经毡介于中萼与侧萼之间，终末支配lip下方区域与基环腹侧部；SCT树突经背内侧进入SEZ并在MVT/VMT水平分叉为同侧与对侧支，支配上颌与唇神经节腹侧部；双染色显示SCT树突与上颌神经而非唇神经的感觉投射广泛交织，与触角感觉投射无明显重叠，表明仅喙——具体为上颌——向SCT神经元提供直接感觉输入。
讨论部分总结：4.1 扩展的触角味觉通路进入前部SEZ，支持触角味觉信息平行传递至背侧脑mvAMMC及三叉脑与SEZ的假说，后者可与Johnston器机械感觉输入及其他附属器投射整合；4.2 SEZ中腹侧区整合口器附属器感觉信息，上颚、上颌与唇感觉投射占据SEZ大部分体积并高度重叠，与取食运动神经元汇聚提示感觉输入与运动输出的功能整合，口器投射在SEZ体积中占主导而口器味觉感器数量远少于触角或跗节，提示单个口器味觉神经元可能广调谐或存在口腔/前肠内部化学感受器输入的参与；4.3 触角与喙投射的空间邻近支持味觉信息整合，三叉脑可能在介导背侧脑与SEZ间取食相关感觉信息中起关键作用；4.4 前胸神经节作为处理跗节感觉信息的初级中心，跗节感觉投射与股节运动纤维空间邻近，提示其作为前足感觉运动整合主要中心；4.5 SEZ向高级脑中心的连接，确认SCT为SEZ主要输出，SCT树突特异性收集上颌感觉输入并传递至蘑菇体萼体，与视觉、嗅觉及VUM-mx1/VUM-md1输入在基环汇聚，SCT可能代表味觉的ACT/ASOT等价物，传递味觉刺激的性质或 hedonic 价值。
研究结论部分翻译：本研究扩展了关于蜜蜂脑内感觉输入神经解剖组织的知识，揭示了味觉附属器在SEZ内的投射。研究人员采用单、双荧光染料注射，揭示了来自触角、口器和前足轴突终末的分区化排列。研究结果提供证据表明SEZ可能不仅在传统口器相关域、也在更远端附属器如触角中整合味觉信息方面发挥关键作用。口器投射在腹侧SEZ中的主导地位可能支持口器的协调运动控制，并促进与相邻触角投射区的通讯。上颌与触角投射在三叉脑中的紧密空间关系提示该神经毡可能在介导两个在取食中扮演不同但互补角色的味觉附属器间的信息交换中特别重要，可能促进从探索行为到摄入行为的快速转换。研究结果还提示在蜜蜂中前胸神经节可能作为处理跗节端爪感觉输入的特化位点。最后，SCT被确认是从SEZ到高级脑中心的主要输出通路，其树突特异性与上颌感觉输入重叠。总体而言，这些发现支持SEZ内存在躯体定位图，外周空间信息在中枢水平保留，同时允许不同通路间一定程度的信息共享，可能通过二级中枢神经元实现。投射的分隔有助于昆虫同时协调多种行为，而通路间的重叠可在需要跨附属器协调时促进感觉线索的整合。
