动物通过产生各种行为来应对来自外界的环境变化并解决来自内部的生理需求。在神经环路层面系统地解析动物行为的产生机制和调控机制是神经科学的一个重要前沿研究方向。这不仅能加深人们对脑结构和脑功能的科学认知,也将为设计类脑智能设备提供重要的理论依据。利用已有的或待开发的研究工具,我们计划以黑腹果蝇和狨猴作为模式生物,系统性地研究复杂行为背后的神经环路机制,并着重关注以下科学问题:负责调控某一特定行为的神经环路究竟由哪些神经细胞所构成?这些神经细胞如何对相关信息进行加工从而保证行为的准确输出?神经环路的功能在生命进程的不同阶段会发生何种变化? 

  本能行为是与生俱来的。通常认为,控制本能行为的神经环路的构建主要受到先天遗传因素的影响。我们实验室关注黑腹果蝇的求偶行为以及繁殖行为。在前期的工作中,我们成功鉴定了控制雌蝇三种不同本能行为的主要神经环路,包括产卵行为(Nature, 2020)、接受交配行为(Nature, 2021)、和拒绝交配行为(Curr Biol, 2020)。接下来,我们将借助于果蝇这一模式生物中丰富的遗传学工具,以及最新的果蝇全脑突触连接图谱,进一步将参与控制上述三种本能行为的神经环路的全貌绘制出来。同时,我们也将通过记录这些神经环路在动物行为过程中的活性变化,去深入理解这些神经环路的基本工作原理。具体来讲,我们将在未来数年中重点研究以下四个方面的问题:1)顺序行为的产生及调控机制;2)行为选择的环路学机制;3)感觉反馈对行为输出的修正;以及4)听觉环路对声音信息的编码。我们期望通过研究果蝇这种在地球上生活了数千万年的微小生物,从结构和功能两方面拓展我们对精简高效的神经环路的认识。 

  实验室关注的另一个方向是后天习得行为的环路机制。与本能行为不同,后天习得行为不仅受限于遗传因素,同时也受到后天环境的影响。我们将以狨猴这一种非人灵长类模式生物作为研究对象,与卓越中心的相关研究组通力合作,探索个体间交流行为的神经学基础。通过结合行为学观察、遗传学操作、神经活性记录等多种手段,我们将重点研究狨猴语音交流能力如何受到先天遗传因素以及后天环境因素的影响,并探究其背后的神经环路基础。 

汪菲 博士

研究组组长;研究员