发布时间：2024-08-07 16:12:03 栏目：精选百科
华盛顿大学和哈佛医学院的科学家与 ESRF 合作，发现了果蝇 (Drosophila) 中协调腿部和翅膀运动的神经回路。这将有助于更好地了解神经系统如何感知和控制身体。研究结果今天发表在《自然》杂志上。
神经系统的主要功能之一是协调身体的运动。为了了解大脑如何控制自适应运动行为，科学家长期以来一直在尝试破译深入到肌肉的神经回路图。
现在，研究人员已经将果蝇神经索(类似于脊椎动物的脊髓)中的神经元与控制腿部和翅膀的肌肉连接起来。这揭示了果蝇如何感知和控制腿部和翅膀的运动。虽然小动物的连接组以前也曾被绘制过，但这是科学家第一次找到四肢动物运动回路的突触级接线图。
为什么是果蝇?果蝇的神经系统紧凑，拥有复杂的遗传工具，并能识别出不同个体具有特定功能的神经元。华盛顿大学研究员、该论文的通讯作者约翰·塔希尔解释说：“尽管果蝇的神经系统很小，但它们在运动控制方面却非常熟练，包括行走和飞行。”事实上，果蝇的每条腿仅由 70 个运动神经元控制(而猫的小腿肌肉有 600 个)，每只翅膀仅由 29 个运动神经元控制。
苍蝇的翅膀上有专门的肌肉来提供动力和操纵。这些翅膀肌肉附着在不同的身体部位：动力肌肉附着在胸部，操纵肌肉附着在翼铰链上。
该团队现已确定了果蝇脊髓中的哪些前运动神经元(称为腹侧神经索 (VNC))可以协调控制腿部和翅膀的运动神经元。为了实现这一点，他们使用了几种技术：电子显微镜、稀疏基因标记和 ESRF 上的 X 射线全息纳米断层扫描 (XNH)。
使用 X 射线进行连接组学
电子显微镜显示了腹侧神经索网络，其中有 4500 万个突触和 14600 个神经元细胞体。他们使用 ESRF 的 X 射线全息纳米断层扫描技术将这些数据与腿部和翅膀运动神经元的地图配对。“使用 X 射线全息纳米断层扫描将运动神经元映射到其肌肉上对于在运动神经元功能的背景下解释运动前网络组织至关重要，”哈佛大学首席研究员兼通讯作者之一 Wei-Chung Lee 说。他补充道：“ESRF ID16A 是目前世界上唯一一条结合了成像视野和分辨率的光束线，可以以如此规模密集地重建神经元连接。”
过去几年，由 ESRF 科学家 Alexandra Pacureanu 领导的团队一直在 ESRF 开发 X 射线全息纳米断层扫描技术，以解决连接组学领域提出的特定挑战。Pacureanu 获得了 ERC 启动基金，以继续进行这项研究：“使用 X 射线的连接组学是一个非常新的领域，它在我的 ERC 资助下在 ESRF 出现，今天我们已经提高了该技术的空间分辨率和可扩展性，从而能够研究有意义的神经回路”，她说道。她补充道：“与神经科学家的合作对于利用 X 射线显微镜推动理解神经系统功能至关重要”。
未来的工作包括识别不同个体、不同性别、不同发育阶段、不同物种之间以及对损伤或疾病的反应中神经网络连接的差异。
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