《秀麗線蟲運動神經環路功能的全光學解析和計算模擬》是依託中國科學技術大學，由溫泉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：秀麗線蟲運動神經環路功能的全光學解析和計算模擬
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：溫泉
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
動物得以生存的必要條件之一是在不同外部環境和條件下靈活地調整運動節奏和方式。這需要運動神經系統整合感覺反饋信號來實現。然而我們對其中具體機理還知之甚少：這是因為對運動神經環路的理解主要基於對完全固定、麻醉或已解剖的動物體的研究，以至於破壞了各類感覺反饋對運動環路的調節。為克服此局限，本項目擬利用秀麗線蟲模式系統，對運動神經環路的功能和動力學特性進行解析和模擬。在前期工作中，我們可以用鈣成像和光遺傳的手段對線蟲神經元的生理活動進行測量、激活或抑制。在本項目的支持下，我們將進一步發展一套跟蹤螢光顯微鏡技術，並整合光遺傳手段，實現對自由移動線蟲運動環路神經元的活動進行全光式的監測和操縱。通過微流器件，我們可以同時對感覺反饋做時間和空間上的控制。利用以上技術手段，並結合數學建模，我們希望解構秀麗線蟲運動神經環路的動力學基礎並深入闡明感覺反饋在運動控制中採用的算法和機制。
結題摘要
系統和計算神經生物學的一個中心目標是理解神經環路的集體活動是如何產生特定的感知運動行為的。在實驗上，全面而深刻地解釋感知運動行為的神經基礎需要具備至少二個條件：(a) 研究自由行為的動物體。運動過程中的各類感覺反饋（如視覺和本體感受的反饋）可以讓動物體持續地意識到自身的位置和運動狀態，這對協調身體運動方式最佳運動狀態起了關鍵性作用。(b) 能夠系統地對整個神經環路的生理活動進行測量和操控。針對以上實驗需求和技術難點，本項目成功研發並首次實現了對自由行為下小動物（幼年斑馬魚和秀麗線蟲）高速全腦功能成像技術。通過結合自由行為下的鈣動態成像、光遺傳操控、計算模擬和分子遺傳學手段，項目組集中研究了秀麗線蟲的神經系統是如何控制運動行為的。雖然線蟲的運動神經環路和更高等的動物相比在結構上有很大的不同，但我們發現了保守的運動控制的基本機制。這種保守性主要表現在重要的環路主題 以及對運動控制的算法描述上。不同物種當然可以採用不同的方式去實現這些算法。這一系列工作表明研究相對簡單的神經系統將幫助我們深刻揭示運動控制背後的基本原理。
