果蠅是個相當簡單的模式生物,但卻能精準的控制飛行、閃躲障礙物,自身運動估計和空間感知能力都相當厲害。然而,僅透過視覺的光流訊號還不足以估計視覺運動,而運動時也會產生其他和運動相關的感覺訊號,因此,如何整合感覺運動訊號就相當重要。
作者發現即使在黑暗中行走,果蠅的水平系統(HS cell)仍會有膜電位的變化,代表著HS cell會接收到非視覺的訊號。進一步研究發現,果蠅行走時HS cell會收到兩種訊號:行為狀態訊號(behavioral-state signal)和步行特定訊號(walking specific signal)。行為狀態訊號在沈默突觸前的視覺神經元T4、T5細胞時會降低,代表此訊號早已在T4、T5細胞就已存在。而步行特定訊號則是:黑暗中測驗時,僅在步行時有較多的細胞膜電位會和步行呈正相關,同時步行也會引起方向選擇性和速度響應。
接著作者嘗試用線性模型擬合果蠅的旋轉速度、前進速度,和行為模式模型(behavioral-state model)這三種輸入訊號,看是否能擬合出實驗得到的膜電位數據。結果表明,HS cell 確實對行走的角度分量和向前分量都很敏感,並能產生方向選擇性。
因此本篇論文發現了,即使在沒有視覺訊息的狀況下,處理光流的神經元也會接受和運動相關的非視覺訊號,藉此了解自己如何在空間中移動,並且當視覺反饋與預期結果相符合時,才能增強其神經元的方向選擇性。
原始論文:
Fujiwara, T., Cruz, T. L., Bohnslav, J. P., & Chiappe, M. E. (2017). A faithful internal representation of walking movements in the Drosophila visual system. Nature neuroscience, 20(1), 72-81.