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郭爱克院士做客水木清华生命科学讲座系列讲述果蝇抉择机制

7月6日下午,生命科学联合中心承办的第57期“水木清华生命科学讲座系列”在清华大学医学科学楼举行。中国科学院生物物理研究所、中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所研究员郭爱克院士,做了题为“Winner-takes-all decision-making in Fruit Fly Drosophila”的讲座。报告由生命科学中心PI钟毅教授主持。

郭爱克老师做学术报告

大脑是生物体内最为复杂的系统,不过生物体种种复杂的行为现象又使得人们对大脑充满着好奇。正是因为它如此的复杂,郭老师选择了神经系统相对简单且与高等生物相对保守的果蝇作为模式生物,来研究大脑指导行为的神经机制。

    郭老师在德国慕尼黑大学留学归来后,在国内首次引近了世界领先的果蝇视觉行为学研究工具——视觉飞行模拟器。通过飞行模拟器可以记录到果蝇在模拟自由飞行时所选择的飞行方向,从而计算出它对朝向图案的颜色、形状的偏好性。

图为飞行模拟器结构示意图

通过在果蝇面对某一图案时给它激光热刺激作为惩罚的方法,郭老师课题组可以使果蝇记住某一种颜色、形状的图案是危险的,而另外一种则是安全的。而当给果蝇呈现出相矛盾的图像,即危险的颜色加上安全的形状,或者安全的颜色加上危险的形状时则可以测试到果蝇的两难抉择行为。他们发现,随着颜色的加深,颜色对抉择的影响权重愈加增大,果蝇在各个方向停留的偏好性会呈“S”形曲线,这种“winner takes all”的现象也与后面2006年Nature上报道灵长类动物上得到的结果一致。为了研究抉择行为的神经环路基础,郭老师先利用了蘑菇体发育缺失的Mbm1突变型果蝇进行测试,发现行为变为了线性曲线。为了进一步排除发育的影响,郭老师课题组又使用了温度敏感的Shibire突变型果蝇来抑制果蝇脑中的蘑菇体结构(Mushroom Body),从而观察哪些核团参与影响了抉择行为。他们进一步发现,当特异性抑制了全部的多巴胺神经元,或者抑制GABA能的APL神经元时,抉择行为出现异常。并且进一步通过单细胞测序提出了由DA-GABA-MB环路负责主司的“增益-门控”抉择机制。

讲座现场同学认真聆听

随后郭老师还分享了课题组正在研究中的群体决策机制,并对人工智能与情绪的关系进行了探讨。在提问环节,郭老师与现场师生进行了广泛交流,深入探讨了关于选择单细胞测序的好处;关于情感对抉择的影响;关于线性的决策行为由什么机制介导;关于矛盾训练对于初始记忆的影响;关于大量的多巴胺神经元与一对抑制性神经元如何平衡等问题,郭老师严谨的治学精神给师生们留下了深刻的印象,本次讲座圆满结束。

 

 

人物简介:

郭爱克,1965年毕业于莫斯科大学生物物理学专业,1979年获慕尼黑大学自然科学博士学位,2003年当选为中国科学院院士。现任中国科学院生物物理研究所、中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所研究员。曾任“973”项目《脑发育和可塑性基础研究》(2000-2005)和<脑结构与功能的可塑性研究>首席科学家(2006-2008)。现担当中国科学院战略性先导科技专项(B类)脑科学前沿与交叉研究:《脑功能联结图谱研究计划》的首席科学家(2012--)。他多年从事视觉信息加工、学习记忆抉择和计算神经科学研究。近年来,郭爱克在基因-脑-行为-认知相结合的框架下,从演化的角度,对果蝇的学习记忆与抉择等高级认知的神经环路机制开展了系列研究。获2006年度何梁何利生命科学奖, 2008年度亚太神经网络协会杰出成就奖。

 

 

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