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研究人员发现果蝇将感觉神经元与睡眠周期调节联系起来

伊利诺伊州埃文斯顿---冬天也许已经过去,但是您还记得在寒冷,黑暗的日子里醒来的挑战吗?温度会影响几乎所有生物的行为,但是关于感觉神经元与控制睡眠-觉醒周期的神经元之间的联系,还有很多事情要学习。

西北大学的神经生物学家已经发现了这种行为背后的线索。在对果蝇的研究中,研究人员确定了一个“温度计”电路,该电路可将有关外部冷温度的信息从果蝇天线传递到较高的大脑。它们显示了通过这种循环,季节性寒冷和黑暗的条件如何抑制果蝇大脑中的神经元,从而促进活动和清醒,特别是在早晨。

温伯格艺术与科学学院神经生物学副教授马可·加里奥说:“这有助于解释为什么-对于苍蝇和人来说-冬季早晨很难如此醒来。”“通过研究果蝇的行为,我们可以更好地理解温度如何以及为什么温度对调节睡眠如此重要。”

这项由盖洛(Gallio)领导并在果蝇果蝇(Drosophila melanogaster)中进行的研究今天(5月21日)发表在《当代生物学》杂志上。

该论文首次描述了驻留在蝇蝇天线中的“绝对寒冷”受体,它们仅对蝇蝇的“舒适区”(大约华氏77度)以下的温度做出响应。识别出这些神经元后,研究人员一直跟踪它们直至到达大脑内的目标。他们发现,这些信息的主要接收者是一小组大脑神经元,它们是控制活动和睡眠节奏的较大网络的一部分。当他们发现的冷回路处于活动状态时,通常由晨光激活的目标细胞将关闭。

果蝇是昼夜节律生物学的经典模型系统,研究人员在其中研究了控制我们24小时休息和活动周期的机制。当前许多工作的重点在于外界线索的变化(例如光和温度)如何影响活动和睡眠的节奏以及线索如何到达控制这些反应的特定大脑回路。

尽管环境温度的检测对于小型“冷血”果蝇至关重要,但人类仍然是舒适的动物,并且不断寻求理想的温度。人类寻求最佳温度的部分原因是,核心和大脑温度与诱导和维持睡眠密切相关。日光和温度的季节性变化也与睡眠的变化有关。

加里奥说:“温度感应是最基本的感觉方式之一。”他的小组是世界上少数系统地研究果蝇温度感应的人之一。“我们在苍蝇大脑中发现的原理-逻辑和组织-可能一直与人类相同。无论是苍蝇还是人类,感官系统都必须解决相同的问题,因此他们经常在大脑中做到这一点。同样的方式。”

Gallio是该论文的通讯作者。Gallio实验室的博士后研究员Michael H. Alpert和前博士学位的Dominic D. FrankGallio实验室的学生,是该论文的共同第一作者。

“睡眠不足的后果是多种多样的-疲劳,注意力不集中,学习不良以及许多健康参数的改变-但是我们仍然不完全了解睡眠如何在大脑内产生和调节以及外部条件如何变化影响睡眠驱动器和质量。” Alpert说。

这项研究是一项多年努力的成果,是由Gallio实验室中的各个阶段的科学家组成的,这些科学家的职业生涯从本科生到首席研究人员不等。

弗兰克说:“研究行动中的大脑至关重要。”“我们的发现证明了功能研究对于理解大脑如何控制行为的重要性。”

总体而言,该研究严重依赖于研究神经元活动以及这些神经元对行为的作用的能力。为此,研究人员开发了新的工具,并结合了功能和解剖学研究,神经遗传学和行为监测方法,以在野生型和转基因果蝇中进行这些实验。

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