运动是动物适应环境,能够趋利避害,成功地在自然中生存的基本能力。作为动物界中最为广泛的运动形式之一,节律运动是动物执行多样的运动模式的基石。诸如昆虫飞行时翅膀的振动,哺乳动物的呼吸、心跳等都是节律运动的体现。深入理解动物以何种方式产生协调的节律运动,是探索神经控制基本原理的主要路径,可以帮助我们增加对神经系统的认识。动物的节律运动涉及神经至肌肉的驱动力发生,感觉信息反馈以及高层神经环路对运动系统的下行调控等因素。本论文聚焦于秀丽隐杆线虫这一模式动物上,综合使用基因遗传学和对神经元的全光学操纵与监测等手段,通过系统地研究以上几个方面,以期揭示线虫控制节律运动的神经环路的逻辑基础。秀丽隐杆线虫前进运动主要由B类运动神经元负责。它们位于线虫的腹部神经索内,除与肌肉形成神经肌肉接头外,还在前进运动中由前向后传导着本体感觉信息。此外,颈部神经环内的AVB命令中间神经元发出长轴突,沿腹部神经索从头部贯穿至尾部,并且与每个B类运动神经元形成电突触连接。我们发现线虫身体中部的B类运动神经元,具有产生自动节律振荡的能力,它们参与组成了线虫分布式的中枢模式发生器。AVB命令中间神经元通过与B之间的电突触连接影响B类运动神经元的活性,促使其由静息状态转换为发出节律性振荡。B类运动神经元传导的本体感受驯导了分布式的中枢模式发生器的不同振荡频率,使线虫能以全身协调连贯的身体波动向前运动。线虫的神经系统虽然结构简单,但功能复杂,把高等动物中不同种类神经元的功能压缩至同一类神经元中,为我们从另一个角度思考神经系统的运作原理提供灵感。