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秀丽线虫情感和记忆神经环路的全光学解析

秀丽线虫情感和记忆神经环路的全光学解析
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  • 批准号:91632102
  • 批准年度: 2016年
  • 学科分类:系统神经科学(C090104) |
  • 项目负责人:温泉
  • 负责人职称:教授
  • 依托单位:中国科学技术大学
  • 资助金额:60万元
  • 项目类别:重大研究计划
  • 研究期限:2017年01月01日 至 2019年12月31日
  • 中文关键词: 线虫;情感;记忆;神经环路;光学
  • 英文关键词:behavioral plasticity;learning and memory;calcium imaging;optogenetics;serotonin

项目摘要

中文摘要

通过内在情绪调节和学习记忆的指引,动物行为展现出很强的可塑性和灵活性。这种对生存环境的自适应特征对生物的生存繁衍至关重要。为研究这一类行为可塑性的神经环路机制,本项目拟利用秀丽线虫模式系统,结合行为学、遗传学和光神经生理学对特定的和学习记忆相关的神经环路进行系统的解析。在前期工作中,我们发现线虫对温度以及化学物质浓度均表现出可靠的学习记忆能力; 并用其自身分布式的神经网络来驱动灵活多变的趋温和趋化行为。更有研究发现,对控制人的负面情绪起重要作用的五羟色胺能有效调节线虫的学习和记忆功能。在本项目的支持下,我们将 (1) 通过发展全脑钙成像和光遗传学的手段来监测和操纵所有相关神经元的活动,并寻找记忆在神经环路中的表达和读取方式; (2)分析负面情绪(如饥饿所产生的焦虑)是如何改变趋温和趋化行为;(3)相关的神经调节剂是如何作用在神经环路并改变其动力学性质的。

英文摘要

Modulated by internal emotional states and guided by learning and memory, animal behaviors exhibit high flexibility and plasticity. Such self-adaptation in a changing environment is critical for the survival and multiplication of an animal. To investigate the neural mechanisms underlying behavioral plasticity, we propose to use C. elegans as a model system to dissect the neural circuit underlying behavioral plasticity by integrating behavior, genetics, and optical neurophysiology. In previous work, we have discovered that C. elegans show reliable learning and memory abilities when exposed to temperature and chemical stimuli. Driven by a distributed neural network, worms exhibit flexible thermotactic and chemotactic behaviors. Moreover, studies have shown that serotonin, a biogenic amine that plays critical roles in mediating aversive emotions in human, can also effectively modulate learning and memory in C. elegans. Next, we will first use "whole brain" calcium imaging technique and optogenetic method to monitor and manipulate all neurons underlying a defined sensorimotor behavior, and to search for the neural mechanisms for memory encoding, storage and retrieval. Second, we will investigate how aversive emotions (such as stress caused by hunger) would affect C. elegans thermotaxis and chemotaxis. Third, we will probe how neuromodulators mediate the dynamics of the neural circuit.

评估说明

    国家自然科学基金项目“秀丽线虫情感和记忆神经环路的全光学解析”发布于爱科学iikx,并永久归类于相关科学基金导航中,仅供广大科研工作者查询、学习、选题参考。国科金是根据国家发展科学技术的方针、政策和规划,以及科学技术发展方向,面向全国资助基础研究和应用研究,发挥着促进我国基础研究源头创新的作用。国科金的真正价值在于它能否为科学进步和社会发展带来积极的影响。

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