Behavioral state modulates the ON visual motion pathway of Drosophila.
Behavioral state modulates the ON visual motion pathway of Drosophila.
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行为状态调节果蝇的视觉运动途径。
DOI：
10.1073/pnas.1703090115
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发表时间：
2018-01-02
影响因子：
11.1
通讯作者：
Reiser MB
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Strother JA;Wu ST;Rogers EM;Eliason JLM;Wong AM;Nern A;Reiser MB
动物的视觉系统通常被认为是通过类比相机-感官系统提供通过固定算法处理的连续信息流。然而，对苍蝇和老鼠的研究表明，视觉神经元会根据动物的行为状态进行动态和适应性的调整。在果蝇中，一旦动物开始行走或飞行，视觉系统中突出的高阶神经元对快速移动的刺激反应更强烈。本研究系统地研究了果蝇定向选择神经元行为-状态调制的神经生物学机制。我们发现，行为活动修改的视觉运动回路中的关键神经元的生理特性和中枢反馈神经元的神经调节重演这些效果。动物的行为状态可以动态地调节视觉处理。在果蝇中，行为状态被认为会改变神经元的时间调谐，这些神经元将视觉运动信息传递到中央大脑。然而，这种调制发生在哪里，以及它如何调节这种神经回路的特性还没有很好的理解。在这里，我们表明，行为状态改变的基线活动水平和时间调谐的第一个方向选择性神经元的运动通路（T4），以及其主要的输入神经元（Mi 1，Tm 3，Mi 4，Mi 9）。这些影响在抑制性神经元Mi 4中尤其突出，并且我们表明中央章鱼胺能神经元向Mi 4提供输入并增加其兴奋性。我们进一步表明，章鱼胺神经元所需的持续快速移动的行为反应，但不是缓慢移动，在步行苍蝇的视觉刺激。这些结果表明，行为状态调制直接作用于方向选择神经元的输入，并支持运动刺激的有效神经编码。
Animal visual systems are typically thought of by analogy to cameras—sensory systems providing continuous information streams that are processed through fixed algorithms. However, studies in flies and mice have shown that visual neurons are dynamically and adaptively retuned by the behavioral state of the animal. In Drosophila, prominent higher-order neurons in the visual system respond more strongly to fast-moving stimuli once the animal starts walking or flying. In this study, we systematically investigated the neurobiological mechanism governing the behavioral-state modulation of directionally selective neurons in Drosophila. We show that behavioral activity modifies the physiological properties of critical neurons in this visual motion circuit and that neuromodulation by central feedback neurons recapitulates these effects. The behavioral state of an animal can dynamically modulate visual processing. In flies, the behavioral state is known to alter the temporal tuning of neurons that carry visual motion information into the central brain. However, where this modulation occurs and how it tunes the properties of this neural circuit are not well understood. Here, we show that the behavioral state alters the baseline activity levels and the temporal tuning of the first directionally selective neuron in the ON motion pathway (T4) as well as its primary input neurons (Mi1, Tm3, Mi4, Mi9). These effects are especially prominent in the inhibitory neuron Mi4, and we show that central octopaminergic neurons provide input to Mi4 and increase its excitability. We further show that octopamine neurons are required for sustained behavioral responses to fast-moving, but not slow-moving, visual stimuli in walking flies. These results indicate that behavioral-state modulation acts directly on the inputs to the directionally selective neurons and supports efficient neural coding of motion stimuli.
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影响因子：
25
作者：
Kim, Anmo J.;Fitzgerald, Jamie K.;Maimon, Gaby
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Maimon, Gaby
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Behnia, Rudy;Clark, Damon A.;Carter, Adam G.;Clandinin, Thomas R.;Desplan, Claude
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作者：
Busch, Sebastian;Selcho, Mareike;Tanimoto, Hiromu
通讯作者：
Tanimoto, Hiromu
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作者：
Jenett, Arnim;Rubin, Gerald M.;Zugates, Christopher T.
通讯作者：
Zugates, Christopher T.
DOI：
10.1111/j.2517-6161.1995.tb02031.x
发表时间：
1995-01-01
影响因子：
5.8
作者：
BENJAMINI, Y;HOCHBERG, Y
通讯作者：
HOCHBERG, Y