斑馬魚與丹尼氏小腦魚視覺運動策略分化的神經環路機制

《Current Biology》:Neural circuits underlying divergent visuomotor strategies of zebrafish and Danionella cerebrum

【字體: 時間:2025年05月03日 來源:Current Biology 8.1

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  研究人員通過對比斑馬魚(Danio rerio)與丹尼氏小腦魚(Danionella cerebrum)的視覺運動響應,揭示了兩種魚類在光流追隨行為中的神經環路差異。研究發現,丹尼氏小腦魚通過連續游動結合急轉彎實現光流追隨(OMR),而斑馬魚采用爆發-滑行模式;鈣成像顯示兩者共享前頂蓋與后腦神經架構,但運動相關神經元活動存在物種特異性。該研究為理解脊椎動物視覺運動策略的進化分化提供了新視角。

  

許多動物通過物種特異的協調運動響應感覺刺激,其中光流追隨行為(optomotor response, OMR)是經典的視覺導航策略,用于穩定身體對抗水流位移。斑馬魚(Danio rerio)的全腦OMR環路已被解析,但近緣物種丹尼氏小腦魚(Danionella cerebrum)的神經機制尚不明確。

閉環行為追蹤顯示,丹尼氏小腦魚以持續游動穿插急轉彎的方式匹配光流方向,而斑馬魚采用間歇性的爆發-滑行模式。盡管丹尼氏小腦魚平均游速更快,卻缺乏斑馬魚特有的方向依賴性速度調節。雙光子鈣成像與尾部運動分析表明,兩種魚類在前頂蓋(pretectum)和后腦(hindbrain)等保守腦區均存在方向選擇性神經元,但丹尼氏小腦魚的單眼神經元比例更高。

值得注意的是,丹尼氏小腦魚在所有刺激條件下均能維持更長時間的定向游動,而斑馬魚在傾斜轉向刺激下會縮短尾部運動時長。運動相關神經元在丹尼氏小腦魚中表現出更持久的激活,但后腦的側化轉向相關神經活動提示兩者共享獨立控制運動活力與方向的環路基礎。這些發現揭示了硬骨魚類在保守神經架構下演化出截然不同的視覺運動策略,為解析連續與離散運動的神經調控機制奠定框架。

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