多樣化的食物感知神經元觸發果蠅的特異局部搜索

本文研究了糧食尋找行為在果蠅（Drosophila melanogaster）中的神經機制。研究中發現，即使在沒有外部地標的情況下，果蠅能夠依賴內在的（idiothetic）線索進行以食物為中心的搜索行為，這種行為表明昆蟲具有深層次保守的導航能力。通過使用光遺傳學激活技術，研究人員篩選了多個候選的感覺神經細胞類型，發現多種感官神經元能夠引發與實際食物觸發相似的本地搜索行為。這些行為受到飢餓狀態的調控，並且具備路徑整合的關鍵特徵。此外，研究利用虛擬現實系統在固定的果蠅上進行實驗，證明了可以在光遺傳學誘導下引發本地搜索，為未來在路徑整合過程中進行腦部成像的研究奠定了基礎。

圖1. 作者設計的虛擬實境浮球實驗

根據研究，果蠅（Drosophila melanogaster）在尋找食物時，能夠不依賴外部地標，而是透過內部（idiothetic）路徑整合行為來記憶食物的位置。這種行為對於理解昆蟲的導航能力具有重要意義。研究利用光遺傳學激活技術，對多種感覺神經元進行激活，發現這些神經元可以引發與實際食物相似的搜索行為，這些行為會受到飢餓狀態的調節。

圖2. 果蠅在飢餓天數不同所呈現出來local search的程度不同

在研究中，進行了多個實驗來檢驗果蠅的本地搜索行為。例如，在圖3中，透過光遺傳學技術激活感覺神經元，果蠅在一個圓形競技場中表現出高度集中於虛擬食物源附近的搜索行為。此外，研究還利用虛擬實境系統來進一步觀察固定果蠅的行為，這為未來研究大腦活動和行為之間的關聯提供了新的可能性。

圖3. 在虛擬實境系統所做出來的結果與先前研究相同

這些發現不僅增進了我們對果蠅如何利用內部線索進行路徑整合的理解，也揭示了不同類型的感覺神經元如何共同作用於果蠅的導航系統中。這些結果表明，果蠅能夠在缺乏外部地標的環境中有效地找到並返回到食物源，顯示出一種深層次的導航能力。這種能力的神經機制仍然是未來研究的重要課題。

圖4. 刺激不同作用的神經元來觀察是否有local search產生

整體來看，這項研究不僅提供了對果蠅尋食行為深入的生物學見解，也為利用光遺傳學和虛擬實境技術研究復雜行為提供了有效的實驗模型。透過這些先進技術的應用，未來可能進一步揭示大腦如何協調感覺輸入與行為輸出，以及這些過程如何被內部生理狀態所調控。

撰文：李庚翰

參考資料: Corfas RA, Sharma T, Dickinson MH. Diverse Food-Sensing Neurons Trigger Idiothetic Local Search in Drosophila. Curr Biol. 2019 May 20;29(10):1660-1668.e4. doi: 10.1016/j.cub.2019.03.004. Epub 2019 May 2. PMID: 31056390; PMCID: PMC6532790.