獨特的果蠅方向控制迴路
為了覓食、躲避，果蠅會透過大腦下達指令給下游的末端神經，指示頭部的轉向、腳的行走方向及速度等，而負責接收轉向指令的末端神經被稱為 Descending neurons (DNs)。為了研究果蠅的移動行為，研究 DNs 的反應及上下游可以說是最直觀的一種方式，近期也越來越多的研究者投入對於 DN 相關迴路的研究之中。今天要介紹的這篇論文便是發現了一條新的 DN 迴路。
在果蠅的 DNs 上游 LAL 腦區，有一群錯綜復雜的神經接收了來自大腦的控制訊號，並傳遞給下游的 DNs，在此篇論文中，他們發現了一顆被編號為 LAL013 的神經。這顆 LAL013 神經會在被激發時提高果蠅的角速度（圖一），同時降低前進速度（圖二）。
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| 圖一，原論文 Fig1d。當給予 LAL013 額外的刺激（橘色區域），角速度將上升。 |
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| 圖二，原論文 Fig1f。當給予 LAL013 額外的刺激（橘色區域），前進速度將下降。 |
根據實驗結果，研究團隊合理的推測 LAL013 與果蠅轉向有很大的關聯，因此他們進一步分析 LAL013 的上下游，並發現 LAL013 的確連結到了許多不同的、控制轉向的 DNs（圖三）。
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| 圖三，原論文 Fig1q。LAL013的上下游示意圖。 |
在進一步研究這些 DNs 在轉向發生時的反應後，研究團隊發現這群 DNs 呈現一種階層結構。從上至下依序為 LAL013 → DNa03 → DNa11 → DNae014 / DNae003 / DNa02（圖四）。
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| 圖四，原論文Fig2b。LAL013 與下游 DN 的階層結構。 |
在記錄了 DNa03 的反應後，團隊發現左右不平衡的 DNa03 反應會導致這條迴路的激發，進而導致果蠅轉彎（圖五）。
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| 圖五，原論文Fig3d。DNa03 左右兩側反應高低的不同（右側）會導致果蠅角速度的提升（左側）。 |
最後，研究團隊測試了 DNa11 對果蠅運動的影響。在刺激了單側的 DNa11 後，他們發現果蠅的六隻腳都會同時大幅度的移動（圖六），造成果蠅快速的轉身。
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| 圖六，原論文 Fig5b, c。刺激單側DNa11後，果蠅六隻腳的運動方向。 |
在分析了 DNa11 和下游的運動神經元的連結（圖七）後發現，和普通的 DNs 只控制一對腳不同， DNa11 同時控制了六隻腳，而一旦被激發，六隻腳會同時大幅度的移動，因此推測 DNa11 能夠控制果蠅的跳視（saccade）行為，這是當果蠅為追隨目標時而快速轉動（200-300˚/s) 的行為。
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| 圖七，原論文 Fig5i。DNa11對下游六隻腳的運動神經元的連結示意圖。 |
在此篇論文中，研究團隊發現並分析了一條新的 DNs 迴路，並發現了一顆特別的 DN 神經，DNa11，也解釋了果蠅跳視行為的可能啟動迴路，對於研究果蠅行走、轉向等行為的研究來說非常的有幫助，也提供了更多未來的可研究方向。
撰稿者 張寧 2024.07.29
資料來源
A central steering circuit in Drosophila
Kai Feng, Mariam Khan, Ryo Minegishi, Annika Müller, Matthew N. Van De Poll, Bruno van Swinderen, Barry J. Dickson
bioRxiv 2024.06.27.601106; doi: https://doi.org/10.1101/2024.06.27.601106
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