【摘 要】
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动物的运动行为丰富多样,在时空上层次分明。秀丽隐杆线虫的行为序列,由节律性运动序列组织而成。在长时间尺度上,前进、后退和转向运动灵活有序转变组成行为序列。在短时间尺度上,身体不同部分依次振荡,产生节律性的前进运动序列。在这里,我们想要研究线虫神经系统通过怎样的神经环路机制和神经网络算法,产生了不同时间尺度下的运动序列。我们以线虫为研究对象,综合运用多种研究技术对以上问题进行解答。我们对自由行为的线
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动物的运动行为丰富多样,在时空上层次分明。秀丽隐杆线虫的行为序列,由节律性运动序列组织而成。在长时间尺度上,前进、后退和转向运动灵活有序转变组成行为序列。在短时间尺度上,身体不同部分依次振荡,产生节律性的前进运动序列。在这里,我们想要研究线虫神经系统通过怎样的神经环路机制和神经网络算法,产生了不同时间尺度下的运动序列。我们以线虫为研究对象,综合运用多种研究技术对以上问题进行解答。我们对自由行为的线虫追踪成像;在自由行为的线虫中,使用光遗传技术操纵下行性的中间神经元等神经元的活动;并且通过遗传学和光销蚀技术销蚀多个神经元,确认各个神经元在运动调控中发挥的功能;另外我们在高倍共聚焦显微镜和宽场成像下,记录了 SAA中间神经元和B类运动神经元的钙信号。通过对线虫行为的定量分析和钙活动分析,我们有如下发现:（1）线虫中间的B类神经元组成了中央模式发生器（central pattern generator,CPG）单元,参与组成线虫分布式的CPG;（2）AVB-B的下行通路信号可以影响线虫中部CPG单元的活动,帮助波在身体从前向后的高效传递;（3）AVB-B以及B类运动神经元之间的电突触连接帮助运动调控信号在B类运动神经元的全身性传播;（4）本体感受信息参与振荡运动序列产生,参与分布式CPG的活性耦合;（5）位于头部的,被推定有本体感受功能的神经元SAA有双重功能,帮助调整不同时间尺度下,线虫运动序列的动态。在运动转换过程中,SAA通过与RIM神经元形成乙酰胆碱抑制性化学突触连接,抑制自发后退的产生,延长前进;在短时间尺度的前进运动序列的调控中,SAA与头部运动神经元相互作用使节律性运动序列更加规律。我们的研究解析了线虫前进运动的控制环路,并且揭示了在不同时间尺度中行为序列产生的神经机制。
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