果蠅轉向行為的神經機制

果蠅的爬行行為一般分為直走和轉向兩種方式，而對於果蠅轉向的神經機制一直是研究者熱衷的話題之一。近日，Aleksandr Rayshubskiy等人上傳到bioRxiv的一篇研究性文章，就仔細探討了在球上爬行的果蠅，其轉向過程中涉及到的神經機制。

研究提到，果蠅轉向行為和下行神經元（descending neurons, DNs）的功能緊密相關，而下行神經元也和果蠅大腦當中的諸多腦區有神經上的聯結，諸如中央複合體（central complex, CX）、視覺系統的相關腦區、腦橋（superior and ventrolateral protocerebrum）、對側的側向輔助葉（contralateral lateral accessory lobe, contralateral LAL）等。本篇研究主要針對兩種DNs做探討，即a1 和a2神經元。研究者通過電生理實驗測量出果蠅a2的激發速率（firing rate）會先於身體旋轉大約100毫秒左右，而即使當果蠅身體沒有旋轉時，a2依然可以被強制激活，且同側的a2被去極化，而對側的a2則被超極化。在接下來的實驗中，研究者將中央複合體中負責導航部分的重要神經元PEN1強制激活，從而使果蠅大腦當中指向標記方向的位置信息被強制偏移，而行為層面的結果則非常有趣：果蠅為補償被偏移的位置信息，會旋轉其身體，使位置信息恢復到初始的位置。在這個過程中，其先後順序則是位置信息偏移→a2激發→身體轉向→位置信息回到初始位置。最後，研究者發現，果蠅的身體轉向是依靠同側和對側的a1和a2同時作用的結果，a2扮演的更多是即時的反應，而a1則更多的在持久的轉向中扮演重要角色。此外，a1和a2會影響到果蠅肢體的行走頻率和步伐大小，而形成了左右兩邊步伐大小等方面的不對稱，產生了果蠅的轉向行為。

撰稿人：韓睿

原始論文：
Rayshubskiy, A., Holtz, S. L., D'Alessandro, I., Li, A. A., Vanderbeck, Q. X., Haber, I. S., ... & Wilson, R. I. (2020). Neural control of steering in walking Drosophila. bioRxiv.
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.04.04.024703v1.abstract