optoPAD-果蠅攝食行為研究系統(tǒng)

Ribe與他的團(tuán)隊(duì)一起開(kāi)發(fā)了optoPAD：一種能夠創(chuàng)造“閉環(huán)的光遺傳學(xué)系統(tǒng)研究的電路基礎(chǔ)，其方式可以靈活地配合果蠅等昆蟲(chóng)的行為。

創(chuàng)造性

optoPAD結(jié)合了兩個(gè)高科技元素：一個(gè)是光遺傳學(xué)，一種利用光來(lái)控制神經(jīng)元活動(dòng)的強(qiáng)大方法(*可以將它們“打開(kāi)”或“關(guān)閉”)。例如，前面提到的果蠅短暫享受更多的美味食物，因?yàn)樗奶鹞陡袘?yīng)神經(jīng)元通過(guò)暴露于綠光而被光遺傳激活。

optoPAD的第二個(gè)元素是另一個(gè)系統(tǒng)flyPAD。“flyPAD使用觸摸屏技術(shù)來(lái)監(jiān)控果蠅的喂食行為。就像你的手機(jī)能夠檢測(cè)到手指在屏幕上的觸摸一樣，flyPAD能夠檢測(cè)到果蠅接觸食物的時(shí)候。

通過(guò)將flyPAD與光遺傳學(xué)相結(jié)合，研究人員能夠克服喂養(yǎng)研究領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)之一：精確控制味覺(jué)。

與聽(tīng)覺(jué)或視覺(jué)信息不同，動(dòng)物只能瞬間改變并獨(dú)立于動(dòng)物的行為，動(dòng)物只有在用舌頭或長(zhǎng)鼻(在飛行的情況下)自愿接觸食物時(shí)才會(huì)體驗(yàn)到味道信息。有了optoPAD，我們就會(huì)不斷監(jiān)測(cè)果蠅的行為，以確保我們?cè)诠壟c它接觸時(shí)精確地改變食物的味道”。

革命性

例如，他們能夠通過(guò)光遺傳激活甜味感知神經(jīng)元使蒼蠅過(guò)度食用;通過(guò)光遺傳激活苦味感知神經(jīng)元，讓果蠅停止一起吃，不管它有多餓。在這項(xiàng)研究中，研究表明，optoPAD能夠有效配對(duì)主動(dòng)攝食與光遺傳學(xué)操作，研究表明這些虛擬品味對(duì)果蠅的行為有非常實(shí)際的影響。

對(duì)于研究人員來(lái)說(shuō)，操縱味道是一個(gè)良好的開(kāi)端，但這還不夠。“我們開(kāi)發(fā)了optoPAD，因?yàn)槲覀冇信d趣了解大腦是如何為我們的健康做出基本的決定之一：吃什么食物”，，“但食物選擇不僅僅取決于在味道上，大腦的許多部分都參與其中，因此我們希望確保optoPAD可用于研究任何地方的神經(jīng)元活動(dòng)“。

由于味覺(jué)神經(jīng)元位于果蠅的嘴中，這使得它們?nèi)菀捉咏僮魉璧墓猓虼嗽搱F(tuán)隊(duì)選擇了一個(gè)更難的目標(biāo)：大腦中心的神經(jīng)元參與跳躍反應(yīng)。

結(jié)果很清楚：“正如我們所料，這些'跳躍'神經(jīng)元的光遺傳刺激使果蠅跳躍并停止攝食，這表明我們確實(shí)可以研究任何神經(jīng)元，無(wú)論其位置如何，以便了解其在神經(jīng)元中的作用。