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辛普森实验室

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辛普森实验室
节点: field_slogan | entity_field
2006年7月1日-2015年7月31日
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2006年7月1日-2015年7月31日
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我们使用遗传工具和筛选策略来确定控制梳理和进食所必需和足够的特定神经元,这些行为是为它们的顺序进展和线索整合特性而选择的。控制苍蝇这些特定行为的电路的详细映射可能揭示了常见的建筑原则,有助于解释人类大脑如何根据内部状态和外部刺激产生不同的适当行为。

有些行为看起来像简单的反射 -- 苍蝇腿上的糖会触发口器的伸展,苍蝇背上的灰尘会引起腿部扫动。感觉输入和电机输出是关键的。

但是一只苍蝇只有在饥饿的时候才会伸出它的口器,而甜味不会伴随着苦味。整合了几个感觉输入和内部状态信息的神经元还没有被发现。激活刷毛底部的机械感觉神经元可以触发抓挠反射,但是激活许多刷毛会导致一系列有序的腿部清扫和摩擦,这些清扫和摩擦旨在去除眼睛和头部的碎片, 接着是翅膀和身体。进行梳理运动所需的运动神经元对行走也可能至关重要。如何组织它们在不同的环境中执行不同的任务尚不清楚。

苍蝇大脑有许多未知区域,它们的行为功能未被发现。与许多行为相关的解剖区域尚不清楚。即使神经回路或原因尚不清楚,破坏给定行为的方式通常也是有信息的。我们使用大量可用的遗传工具来识别特定行为所需的神经元,而不是基因果蝇目标,操纵和图像神经元。我们也反映了无偏遗传学筛选的传统,因为我们测试了许多不同神经元群体的潜在作用 (使用大型鲁宾 GAL4 收集和其他) 并允许结果表明哪些大脑区域是相关的。这种方法提供了进入电路的入口点,然后我们可以从那里从解剖学上寻找潜在的连接神经元。

疏导

苍蝇有序地清除身体上的灰尘,从眼睛开始,一直到头、翅膀和腹部。这种进展可能受到机械感觉反馈的影响。我们对正常苍蝇和不同神经元群活动发生改变的苍蝇的梳理行为的观察数据支持了这样一种观点,即梳理是由小的反射模块或子程序连接而成的一起。我们正在识别控制反射成分的神经元和协调它们以产生梳理行为序列的神经元。对比求偶和梳理行为序列的产生方式可能会提供特别的信息。金宝搏官方

喂食和长鼻伸展

苍蝇饿的时候会吃,而且有好的食物。一般来说,他们吃得不多。我们想识别能够刺激饱腹苍蝇进食的神经元,以绘制检测代谢状态和编码饥饿的大脑区域。我们将探索外部感觉线索 (甜味和苦味) 与内部代谢状态线索相结合的地方,以激活长鼻伸展反射 (PER) 的运动程序。

PER 在进食和饮酒时被激活,但它也可以在求爱或对厌恶刺激的反应中被唤起。我们正在研究这些感官刺激是如何集中在我们认为是控制这种运动行为的共同程序上的。运动程序本身包含 32 个运动神经元和 12 个肌肉,它们以协调的方式伸展和缩回长鼻。虽然运动神经元是由传统的解剖技术知道的,但是改变特定神经元活动的能力是最近的,并且允许我们研究这个运动程序是如何产生的。金宝搏官方

求偶歌曲电路

公的黑腹果蝇通过以 160 赫兹 (正弦) 和 260 赫兹 (脉冲) 振动翅膀来产生求偶歌曲。无结果的雄性特异性同种型标志着这种行为所必需和足够的许多神经元,但是歌曲回路的其他成分仍然难以捉摸。虽然这首歌的基本性质是与生俱来的,但某些方面可能会被经验、感官反馈或社会背景所改变。我们正在分析歌曲结构,并识别驱动歌曲产生的神经元,作为神经回路如何产生行为序列的另一个例子。

工具开发: dBrainbow 和 BrainAligner

我们正在筛选神经元行为的必要和充分,而不是基因。这需要工具来操纵特定的神经元群体。最初,我们使用增强子捕获来生成 GAL4 、 GAL80 和 LexA 线的集合,我们使用这些线将神经激活和抑制剂定位到不同的大脑区域。现在我们主要使用定义的增强子 GAL4 和 split-GAL4 集合鲁宾实验室。我们正在构建额外的试剂来操纵不同类型的神经元,并正在开发一个网站来显示和查询我们的线条的表达模式。

我们采用了脊椎动物 Brainbow 技术来标记不同颜色的神经元,以使我们 GAL4 表达模式中的谱系和单个神经元可视化 (自然方法 2011)。

与韩川 · 彭和吉恩 · 迈尔斯,我们开发了 brainaliger,用于将苍蝇大脑的共聚焦图像自动登记到一个共同的坐标系上。这使我们能够生成所有 GAL4 表达模式的图谱,以识别针对特定大脑区域的线条。我们用它来预测与行为功能和连通性的解剖相关性 (提交 2010)。

合作

辛普森实验室参加了果蝇兴趣小组 (Janelia 10 飞行实验室的联合实验室会议) 和行为兴趣小组 (Janelia 神经行为学社区的临时会议)。我们也是两个项目团队的一员,飞灯FlyOlympiad。Janelia 利用光学显微镜、电子显微镜和大规模定量行为分析,协同努力 “理解苍蝇的大脑”。我和我的实验室积极参与这项共同努力。

我们知道苍蝇大脑的功能和解剖映射是一项雄心勃勃的任务,我们希望我们的努力将有助于更大的社区努力。我们制作的解剖图像、电路图和基因工具可以用来解决广泛的科学问题,远远超出我们在一个实验室关注的范围。我们强烈地感觉到,通过分享,工具得到了改善,我们自由地分发我们制造的试剂。我们期待收到任何对我们的研究感兴趣的人的来信。

合作者