生命学院沈伟课题组合作研究发现本能行为的本质编码规律

ON2021-11-21文章来源 生命科学与技术学院CATEGORY新闻

本能行为如摄食、交配、斗殴、捕食等,是动物生存和繁衍的基础。这些行为被进化所固化,能够快速响应外界刺激,保证本能行为的反应迅速且稳定。但本能行为在应对复杂环境刺激时,也需要根据环境实时调整,保证行为的灵活性。11月11日,《自然·通讯》(Nature Communications)期刊在线发表了亚博意甲联赛赞助|首页欢迎您沈伟团队与浙江大学李浩洪团队的合作研究成果,论文题为“Periaqueductal Gray Neurons Encode the Sequential Motor Program in Hunting Behavior of Mice”。研究团队阐明了导水管周围灰质(Lateral periaqueductal gray, LPAG)神经元编码动物捕食行为的基本规律首次提出了哺乳动物本能行为的时间序列编码概念



神经元序列编码的方式对行为的产生至关重要。以往的研究发现在学习记忆和决策过程中,大脑海马结构和运动皮层神经元以序列放电的活动模式规划目标路径和形成目标导向动作。在本能行为中,例如捕食,是否采用类似的编码机制尚待进一步确定。

研究阐明了捕食行为的具体神经机制。LPAG神经元形成多个控制捕食动作的电活动群集,分别编码行为过程中的各个模块。这些捕食指令模块能形成更为高级的序列指令,指导捕食行为的动作序列。


LPAG编码捕食行为的运动序列的示意图


研究还分析了LPAG的神经元集群如何处理不同来源的神经信号输入。发现阻断来自中央杏仁核(Central amygdala, CeA)、外侧下丘脑(Lateral hypothalamus, LH)和未定带(Zonaincerta, ZI)的GABA能输入,分别影响不同LPAG神经元集群的活性,破坏神经元发放的时序性,从而影响捕食行为。

该研究揭示LPAG神经元集群编码捕食的动作序列的机制。这种编码方式既确保了动作输出的精确性和稳定性,又保证了动物应对外部环境变化的灵活性,从而提高动物捕食成功率。同时,这也提供了一个解码摄食、交配、斗殴、捕食等复杂本能行为的样例。

李浩洪课题组博士生于红、向心宽,沈伟课题组博士生陈宗明为论文共同第一作者,李浩洪教授和沈伟教授为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委项目、武汉光电国家研究中心项目、医学科学院医学创新基金以及深港脑科学项目的大力支持。

文章链接  https://www.nature.com/articles/s41467-021-26852-1