解碼果蠅導航行為：中央複合體的多區域網絡

果蠅 (Drosophila) 是神經科學研究中的重要模式生物，其大腦中的中央複合體 (central complex, CX) 被認為在導航行為中扮演著關鍵角色。這篇文章詳細探討了果蠅在飛行過程中，CX中的不同神經元如何通過協調的群體動態來編碼航向和轉向行為。

中央複合體 (CX) 包含扇狀體 (fan-shaped body, FB) 和橢圓體 (ellipsoid body, EB) 等子區域。這些區域中的柱狀神經元在果蠅飛行過程中展示出特徵性的群體活動，這些活動與航向和轉向行為的編碼息息相關。研究表明，FB中的神經元活動與EB中的航向方向細胞活動協調一致，但FB神經元的轉向偏好會根據視覺環境變化而調整。

研究人員使用雙光子鈣成像技術，記錄果蠅在飛行過程中不同神經元的活動。實驗分為視覺虛擬現實和黑暗環境兩種情況，以確定視覺輸入對神經元活動的影響。在視覺虛擬現實中，果蠅的視覺環境隨著其意圖轉向而變化；在黑暗環境中，果蠅則完全沒有視覺輸入。

研究發現，在果蠅飛行過程中，扇狀體 (FB) 中的柱狀神經元展示出特徵性的圓環動態，活動信號沿著FB的前後軸延伸，並且隨時間在橫向移動，形成一個活動高峰（bump）。即使在黑暗中飛行，FB中的神經元仍然展示出與在視覺虛擬現實中類似的圓環動態，表明這些動態並不完全依賴視覺輸入。視覺環境的變化會影響FB神經元的轉向偏好，但不會改變其基本的動態模式。此外，橢圓體 (EB) 中的神經元也編碼轉向行為和航向方向，與FB神經元的活動相協調。儘管EB和FB中的神經元都編碼轉向和航向，FB神經元的活動會根據視覺環境翻轉轉向偏好，而EB神經元則不會。

這項研究揭示了果蠅導航系統的複雜性。果蠅的導航行為是由中央複合體 (CX) 中多個子區域的神經元網絡協同實現的。這些神經元展示出環境依賴的動態活動，結合航向和視覺信息，實現了對航向和轉向行為的精確控制。這些發現為理解動物導航行為提供了新的視角，並可能對開發基於生物導航原理的人工系統具有啟發意義。

撰文：廖晨絜

Reference:

Shiozaki, H. M., Ohta, K., & Kazama, H. (2020). A multi-regional network encoding heading and steering maneuvers in Drosophila. Neuron, 106(1), 126-141.