《Journal of Comparative Neurology》：Motor Neurons in the Prothoracic Ganglion of the Praying Mantis, Tenodera sinensis
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为理解某一行为背后的神经机制，识别支配目标行为相关肌肉的运动神经元十分重要。本研究通过对各侧神经进行染料填充，对螳螂（Tenodera sinensis Saussure）前胸神经节（proTG）中潜在的运动神经元进行了全面染色。研究人员将潜在运动神经元配准至
为理解某一行为背后的神经机制，识别支配目标行为相关肌肉的运动神经元十分重要。本研究通过对各侧神经进行染料填充，对螳螂（Tenodera sinensis Saussure）前胸神经节（proTG）中潜在的运动神经元进行了全面染色。研究人员将潜在运动神经元配准至前胸神经节标准图谱，并依据初级神经突相对于神经毡的位置将其划分为13个簇。多数运动神经元的胞体聚集于与填充神经同侧的半神经节前部区域。另有两个簇分别位于后腹侧区域与背中央区域，后者很可能是一组背侧不成对正中（DUM）神经元。其他神经元表现出共同抑制（CI）神经元与感觉神经元特有的形态特征。多数感觉传入纤维终止于前腹侧联合中心（aVAC）、最腹侧联合中心（vVAC）与外侧腹侧联合中心（lVAC）。上述结果为理解螳螂前足运动的运动控制神经机制提供了基础知识。
研究背景：理解行为背后的神经机制，需要识别参与目标行为的运动神经元。运动神经元是神经回路的输出成分，其组成反映运动控制策略。昆虫腿部肌肉通常由3至5个运动神经元支配，肌肉收缩力主要受运动神经元放电频率而非兴奋神经元数量控制；运动神经元数量少，使研究人员能够为特定单个神经元指派功能。多种昆虫中参与腿部运动的运动神经元已被鉴定，昆虫行走的神经机制亦有大量研究。然而，昆虫目标导向行为的运动控制所知相对较少。螳螂通过视觉检测并以快速前足动作（称为strike）捕捉猎物，前足轨迹依猎物位置调整；猎物距离越远，螳螂前足基节-转节关节伸展越大。已有研究提示，strike过程中前足各关节的峰值角度主要由肌肉活动持续时间决定。螳螂或可为在细胞水平研究目标导向行为、尤其是肢体目标定位的等级控制提供合适模型。但目前鉴定螳螂前足肌肉运动神经元的研究很少。
存在的问题与开展研究的原因：螳螂前胸神经节（proTG）含5对侧神经（PN1–5）、一对自腹面发出的神经（PN6）及后背面单根神经（PN7）；支配前足运动相关肌肉的运动神经元轴突经PN1–5伸出，但此前仅有少量研究鉴定螳螂前足肌肉的运动神经元，缺乏包括初级神经突在内的形态学数据。
研究内容与结论：研究人员对213只成年中华螳螂（T. sinensis）自PN1–5切断端进行染料填充以标记潜在运动神经元，将图像配准至以抗synapsin抗体免疫染色显示神经毡的标准图谱，并以神经毡、纤维束与连合为地标，依据初级神经突位置将运动神经元分为13个簇。结果显示，多数运动神经元胞体聚集于与填充神经同侧半神经节前部；两个小簇分别位于后腹侧与背中央区域，后者很可能为背侧不成对正中（DUM）神经元；近中线处有3个胞体较大的神经元，可能为共同抑制（CI）神经元；此外在与填充神经对侧半神经节前部可见少量神经元。共染色约100对潜在运动神经元，与蝗虫、蟑螂、蟋蟀、竹节虫等昆虫报道的数量相当，提示本研究可能已染出螳螂前胸神经节中几乎全部腿部运动神经元。意义：研究结果为理解螳螂前足运动的运动控制神经机制提供了基础知识。
关键技术方法（不超过250字）：以213只成年中华螳螂（T. sinensis）为实验动物，虫源为日本福冈郊外采集的卵及实验室种群，按体形饲喂果蝇或蟋蟀若虫。自PN1–5（PN2分叉为PN2A与PN2B，分别填充）切断端进行染料填充（荧光素、Texas Red或micro-emerald），4°C湿盒过夜。部分标本行整体标本抗synapsin免疫染色以显示神经毡。以转盘共聚焦或激光扫描共聚焦显微镜（10×物镜）获取光学切片，依Brandt等将z轴距离乘以1.6校正。以synapsin信号为参照，用计算形态测量工具包（CMTK）经仿射与非刚性变换将运动神经元图像配准至标准图谱，并用3D Slicer半自动追踪、三维重建主要分支与树突丛。
研究结果：
3.1 前胸神经1（PN1）：自PN1填充显示4类神经元及主要覆盖背侧粗粒神经毡（dcN）的细树突丛。一类为单个胞体（直径38–41 μm）、位于神经节背面中线后部的DUM细胞；两类胞体位于与填充神经对侧的前外侧（ALC）与前背侧（ADC）区域；另一类位于背内侧（DM）区域。
3.2 前胸神经2（PN2）：自PN2A填充显示4类推定运动神经元、一类推定感觉细胞及主要覆盖外侧联合中心（LAC）的细树突丛；一类为3–6个胞体（29–47 μm）的中线背侧DUM细胞，部分可被左右PN2A双标记；另一类为单个神经元（39–63 μm），位置与直径提示为CI1；其余两类胞体位于前腹外侧（AVL）与前内侧（AM）区域，AM细胞周围环绕许多小细胞（4–29 μm），形态与位置提示为链状感受器（SR）。自PN2B填充显示位于前腹侧（AV）、AM与前背内侧（ADM）区域的3类神经元、推定CI1及投射至aVAC与LAC的粗传入纤维束。
3.3 前胸神经3（PN3）：自PN3填充显示4类神经元、推定CI1与推定DUM神经元，以及主要覆盖dcN与LAC背侧的细树突丛；4类胞体分别位于AV、前外侧（AL）、ADM与前背外侧（ADL）区域。
3.4 前胸神经4（PN4）：自PN4填充显示5类神经元、推定CI1、CI2与CI3、推定DUM神经元，以及主要覆盖vVAC与lVAC的细树突丛；无胞体的细突起（推定感觉传入）主要分布于vVAC与lVAC，部分标本亦分布于aVAC与dVAC。CI2胞体位于神经节腹侧中央、CI1前方；CI3胞体位于腹后部、CI1外侧；一类胞体位于对侧ALC，其余4类位于同侧前腹内侧（AVM）、AV、ADL与后背外侧（PDL）区域。自转节处切断的PN4远端分支（PN4D）填充显示推定感觉传入、胞体数减少的AV类神经元与推定CI2；自支配基节-转节伸肌的细分支（PN4A）填充仅显示单个AVM细胞与单个PDL细胞。
3.5 前胸神经5（PN5）：自PN5填充显示5类神经元、推定CI1与DUM细胞，以及主要覆盖LAC背侧的细树突丛；前部胞体分为AV、AVL与ADM三类，后部胞体分为后外侧（PL）与后腹外侧（PVL）两类。自PN5A填充显示AVL与PL类若干神经元，自PN5B填充显示PL类；两者染色神经元数均少于PN5，可能因填充不充分。
讨论与结论：本研究共染色约100对潜在运动神经元，数量与其他昆虫相当，提示可能已染出螳螂前胸神经节中几乎全部腿部运动神经元。运动神经元簇的总体分布与其他昆虫相似；除同侧前部与后腹侧区域外，还鉴定出对侧（ALC与ADC）、DM及PDL区域的簇，但相应簇在其他昆虫中亦有报道，故不太可能是螳螂特有。由于多数运动神经元的肌肉支配与功能仍未知，功能等价神经元的跨物种比较多难以实现，前胸神经节与中胸神经节（mesoTG）的比较或可揭示前胸神经节与前足精细运动控制相关的特征。在推定肌肉支配方面，单个PN4-AVM与单个PN4-PDL细胞可能支配基节-转节伸肌（23a），分别对应快、慢运动神经元，AVM胞体较大亦支持其为快运动神经元；部分PN5-AV、AVL、PL与PVL细胞可能支配转节屈肌（26）；单个PN2A-AM细胞可能为胫节伸肌快运动神经元（FETi）的同源细胞，PN2A-AVL细胞之一可能为慢运动神经元（SETi）同源细胞；部分PN4-AV细胞可能支配胫节屈肌与跗节肌肉等远端肌肉；PN1-ADC细胞可能支配头部侧背旋转肌（7a）。关于CI与DUM：螳螂前胸神经节可能有3个CI，CI1轴突经PN2、PN3、PN4与PN5伸出，CI2与CI3仅经PN4伸出，与蝗虫中CI1支配多数腿部肌肉、CI2与CI3仅支配远端腿部肌肉的模式一致；DUM神经元数量未知，PN4填充最多观察到7个推定DUM神经元，PN1-DUM神经元可能是竹节虫DUMna nal2的同源细胞，但未观察到经PN1以外侧神经走行的轴突，确切数量尚需抗octopamine免疫染色确认，CI数量亦需抗GABA免疫染色确认。
结论部分译文：本研究通过对含运动神经元轴突的侧神经进行染料填充，全面染色了螳螂前胸神经节中的潜在运动神经元；将潜在运动神经元配准至前胸神经节标准图谱，并依据初级神经突相对于神经毡的位置（其变异似乎小于胞体位置）将其划分为若干簇；部分神经元表现出DUM、CI与SR细胞特有的形态特征；同时观察到投射至aVAC、vVAC与lVAC的潜在感觉传入纤维。上述结果为理解螳螂前足运动的运动控制神经机制提供了有用的基础知识。
