[新闻] 雷射果蝇遥控器：让雄果蝇痛苦放弃求爱
楼主: SkyMirage (Stardust) 2014-08-13 05:41:36
http://pansci.tw/archives/64398
Written By: PanSci|2014/08/11
社会互动对人们影响很大，因为这个过程让我们学会如何在社会丛林中生存，小时候有被
狗追的经验，就开启了怕狗人生；曾经被心上人拒绝过，就再也不敢轻易告白；考试没有
拿一百分被老师毒打一顿，就从此跟所有老师保持距离。我们知道人们会在事件中找到因
果关系，改变行为以避免下次受伤，但我们还不知道在大脑中，神经回路如何记得这些不
愉快的事件而调整人们的行为，清华大学的团队用果蝇自动雷射追踪系统破解神经回路影
响行为的机制。
果蝇的求偶制约常被用来研究基因跟大脑回路如何调控特定社交行为。雄果蝇是个精虫冲
脑的家伙，无法克制下半身“见了就上”的强烈欲望，没事就爱追求雌果蝇，有研究发现
雄果蝇跟心有所属的雌果蝇相处数小时，经历无数的告白失败后，会灰心丧志的放弃追求
（Winbush et al., 2012），触景伤情、残留在雌果蝇身上其他男人的味道都是对雄果蝇
欲尝禁果的惩罚，而抑制雄果蝇继续求爱，但是科学家还不知道表现先前事件跟不愉快结
果的神经活动怎么在脑中联结，因为现在的技术很难控制雌果蝇行为，也很难在雄果蝇求
偶时有效调控神经元。为了解决这个问题，清华大学的团队突破性的研发出自动雷射追踪
暨光遗传调控系统（ALTOMS），可以即时分析并调控两只自由果蝇的社会互动，传统制约
研究以雌果蝇拒绝求爱和雄果蝇臭味当做惩罚，本实验以高能雷射产生的痛觉作为惩罚，
训练雄果蝇远离雌果蝇。
雷射让雄果蝇痛苦的放弃求爱
饥饿游戏中，贡品在竞技场内厮杀，全方位摄影机24小时不间断直播他们的一举一动，游
戏设计师全程监控，适时调整游戏难度。在利用ALTOMS的果蝇研究中，研究人员将一只雄
果蝇和一只处女果蝇放在果蝇竞技场，让雄果蝇自由求爱，摄影机全程录影，电脑即时分
析影像，当雄果蝇靠近雌果蝇有告白嫌疑时，雷脑即时启动雷射追踪系统，向雄果蝇发射
高能（42 mW/mm2）蓝色雷射产生痛觉，苦情的雄果蝇在一个小时内受到的挫败，让牠在
往后的24小时都对雌果蝇保持距离，显示果蝇可以迅速形成长期记忆，联结先前事件（靠
近雌果蝇）和惩罚（痛觉），改变行为（回避母果蝇）。为什么要特别使用处女果蝇？因
为交配过的雌果蝇身上有雄果蝇费洛蒙，也会影响雄果蝇的求偶记忆。
研究人员对雄果蝇进行60分钟的训练，当雄果蝇靠近雌果蝇距离3.5mm（相当于母果蝇的
体长）超过2秒钟（避免雄果蝇因为路过雌果蝇而被电脑误会），雷射枪会自动攻击雄果
蝇，直到牠离开雌果蝇方圆3.5mm的神圣领域，受到雷射攻击的雄果蝇倾向远离雌果蝇，
而对照组倾向跟雌果蝇保持3.5mm左右的距离。此外，在60分钟的实验中，雄果蝇因为靠
近雌果蝇而引起的雷射次数及长度都随着时间见少，显示雄果蝇学会远离雌果蝇以避免雷
射攻击。
雷射攻击对好色的雄果蝇真是锥心之痛，在自然条件下，雄果蝇要被拒绝5~7小时，才会
形成长期记忆而放弃追求，但利用雷射攻击的空做制约，可以让果蝇在1小时内形成长期
记忆，训练结束后24小时都对雌果蝇竟而远之，这种强烈又迅速成立的记忆，显示雄果蝇
意识到自由移动的雌果蝇跟身上莫名的疼痛有关系。
启动神经元研究的光遗传学
科学家常用电极控制神经活动，却没办法准确启动或抑制特定神经元，为了了解错综复杂
的大脑，科学家必须找到方法，一次只调控一种神经元活动而不影响其他神经元活动。微
生物体内的光敏通道（ChR2）照射蓝光后可以启动神经元活动，将这种物质表现在动物的
神经元上，即可用来研究大脑回路。
在雷射攻击的制约训练中，雄果蝇遇到雌果蝇拔腿就跑的其中一个步术是跳开，这个动作
很少发生在控制组的果蝇身上。研究人员将ChR2表现在果蝇巨大神经纤维，这对联络神经
元会将感觉传递到胸部运动神经元，启动跳跃反射。ALTOMS对果蝇发射蓝色雷射，相较于
对照组，有表现ChR2果蝇跳跃的机率较高。但这个作用只对头部及胸部的雷射有效，腹部
则否，因为腹部没有此神经元，表示光遗传驱动的ChR2可以启动果蝇运动神经元。
光遗传调控神经回路，传递惩罚讯号
在制约实验中，雄果蝇怎么将雌果蝇和痛觉连在一起呢？接近雌果蝇和痛觉散落在茫茫脑
海中，我们必须找到牵着两个事件的神经红线，才能解开这个秘密。
Painless基因的产物在产生痛觉中扮演关键角色，Pain是一个painless的突变形式，会产
生突变的Painless蛋白质。这种果蝇在60分钟的强力雷射制约训练中，跟健康果蝇一样会
逃离雌果蝇，但结束训练后移除雷射再测试牠们对雌果蝇的反应，突变果蝇的逃离表现却
跟控制组差不多，好像什么事都没发生过一样，显示painless突变的果蝇没有产生短期记
忆。
Pain-Gal4在许多脑部跟腹部神经元上都有表现，研究人员模拟操作制约训练，将雄果蝇
跟处女雌果蝇放在果蝇竞技场，但当雄果蝇靠近雌果蝇时，改发射足以活化ChR2却不足以
产生制约温和雷射。结果发现，活化胸部Pain-Gal4神经元的ChR2可以导致强烈的距离限
制记忆，程度相当于对正常果蝇用强力雷射产生的记忆，即使没有强力的雷射能量，光遗
传活化Pain-Gal4神经元可以模拟操作距离限制学习实验中的惩罚，证明正常的Painless
基因产物在距离限制记忆的形成扮演不可或缺的角色。
ALTOMS可以即时分析果蝇互动行为，并讯速、准确的以两种雷射追踪动态果蝇的身体目标
，启动光遗传调控，是果蝇行为和神经回路研究工具的重大突破，未来有机会借由此设备
系统化的定位果蝇大脑中形成记忆的回路。
资料来源
Ming-Chin Wu, Li-An Chu, Po-Yen Hsiao, Yen-Yin Lin, Chen-Chieh Chia, Tsung-Ho
Liu, Chien-Chung Fu, and Ann-Shyn Chiang. Optogenetic control of selective
neural activity in multiple freely moving Drosophila adults. PNAS. 2014, vol.
111 no. 14. 5367–5372, doi: 10.1073/pnas.1400997111
Winbush A, Reed D, Chang PL, Nuzhdin SV, Lyons LC, Arbeitman MN.
Identification of gene expression changes associated with long-term memory of
courtship rejection in Drosophila males. G3 (Bethesda). 2012
Nov;2(11):1437-45. doi: 10.1534/g3.112.004119. Epub 2012 Nov 1.
Written By: PanSci|2014/08/11
社会互动对人们影响很大，因为这个过程让我们学会如何在社会丛林中生存，小时候有被
狗追的经验，就开启了怕狗人生；曾经被心上人拒绝过，就再也不敢轻易告白；考试没有
拿一百分被老师毒打一顿，就从此跟所有老师保持距离。我们知道人们会在事件中找到因
果关系，改变行为以避免下次受伤，但我们还不知道在大脑中，神经回路如何记得这些不
愉快的事件而调整人们的行为，清华大学的团队用果蝇自动雷射追踪系统破解神经回路影
响行为的机制。
果蝇的求偶制约常被用来研究基因跟大脑回路如何调控特定社交行为。雄果蝇是个精虫冲
脑的家伙，无法克制下半身“见了就上”的强烈欲望，没事就爱追求雌果蝇，有研究发现
雄果蝇跟心有所属的雌果蝇相处数小时，经历无数的告白失败后，会灰心丧志的放弃追求
（Winbush et al., 2012），触景伤情、残留在雌果蝇身上其他男人的味道都是对雄果蝇
欲尝禁果的惩罚，而抑制雄果蝇继续求爱，但是科学家还不知道表现先前事件跟不愉快结
果的神经活动怎么在脑中联结，因为现在的技术很难控制雌果蝇行为，也很难在雄果蝇求
偶时有效调控神经元。为了解决这个问题，清华大学的团队突破性的研发出自动雷射追踪
暨光遗传调控系统（ALTOMS），可以即时分析并调控两只自由果蝇的社会互动，传统制约
研究以雌果蝇拒绝求爱和雄果蝇臭味当做惩罚，本实验以高能雷射产生的痛觉作为惩罚，
训练雄果蝇远离雌果蝇。
雷射让雄果蝇痛苦的放弃求爱
饥饿游戏中，贡品在竞技场内厮杀，全方位摄影机24小时不间断直播他们的一举一动，游
戏设计师全程监控，适时调整游戏难度。在利用ALTOMS的果蝇研究中，研究人员将一只雄
果蝇和一只处女果蝇放在果蝇竞技场，让雄果蝇自由求爱，摄影机全程录影，电脑即时分
析影像，当雄果蝇靠近雌果蝇有告白嫌疑时，雷脑即时启动雷射追踪系统，向雄果蝇发射
高能（42 mW/mm2）蓝色雷射产生痛觉，苦情的雄果蝇在一个小时内受到的挫败，让牠在
往后的24小时都对雌果蝇保持距离，显示果蝇可以迅速形成长期记忆，联结先前事件（靠
近雌果蝇）和惩罚（痛觉），改变行为（回避母果蝇）。为什么要特别使用处女果蝇？因
为交配过的雌果蝇身上有雄果蝇费洛蒙，也会影响雄果蝇的求偶记忆。
研究人员对雄果蝇进行60分钟的训练，当雄果蝇靠近雌果蝇距离3.5mm（相当于母果蝇的
体长）超过2秒钟（避免雄果蝇因为路过雌果蝇而被电脑误会），雷射枪会自动攻击雄果
蝇，直到牠离开雌果蝇方圆3.5mm的神圣领域，受到雷射攻击的雄果蝇倾向远离雌果蝇，
而对照组倾向跟雌果蝇保持3.5mm左右的距离。此外，在60分钟的实验中，雄果蝇因为靠
近雌果蝇而引起的雷射次数及长度都随着时间见少，显示雄果蝇学会远离雌果蝇以避免雷
射攻击。
雷射攻击对好色的雄果蝇真是锥心之痛，在自然条件下，雄果蝇要被拒绝5~7小时，才会
形成长期记忆而放弃追求，但利用雷射攻击的空做制约，可以让果蝇在1小时内形成长期
记忆，训练结束后24小时都对雌果蝇竟而远之，这种强烈又迅速成立的记忆，显示雄果蝇
意识到自由移动的雌果蝇跟身上莫名的疼痛有关系。
启动神经元研究的光遗传学
科学家常用电极控制神经活动，却没办法准确启动或抑制特定神经元，为了了解错综复杂
的大脑，科学家必须找到方法，一次只调控一种神经元活动而不影响其他神经元活动。微
生物体内的光敏通道（ChR2）照射蓝光后可以启动神经元活动，将这种物质表现在动物的
神经元上，即可用来研究大脑回路。
在雷射攻击的制约训练中，雄果蝇遇到雌果蝇拔腿就跑的其中一个步术是跳开，这个动作
很少发生在控制组的果蝇身上。研究人员将ChR2表现在果蝇巨大神经纤维，这对联络神经
元会将感觉传递到胸部运动神经元，启动跳跃反射。ALTOMS对果蝇发射蓝色雷射，相较于
对照组，有表现ChR2果蝇跳跃的机率较高。但这个作用只对头部及胸部的雷射有效，腹部
则否，因为腹部没有此神经元，表示光遗传驱动的ChR2可以启动果蝇运动神经元。
光遗传调控神经回路，传递惩罚讯号
在制约实验中，雄果蝇怎么将雌果蝇和痛觉连在一起呢？接近雌果蝇和痛觉散落在茫茫脑
海中，我们必须找到牵着两个事件的神经红线，才能解开这个秘密。
Painless基因的产物在产生痛觉中扮演关键角色，Pain是一个painless的突变形式，会产
生突变的Painless蛋白质。这种果蝇在60分钟的强力雷射制约训练中，跟健康果蝇一样会
逃离雌果蝇，但结束训练后移除雷射再测试牠们对雌果蝇的反应，突变果蝇的逃离表现却
跟控制组差不多，好像什么事都没发生过一样，显示painless突变的果蝇没有产生短期记
忆。
Pain-Gal4在许多脑部跟腹部神经元上都有表现，研究人员模拟操作制约训练，将雄果蝇
跟处女雌果蝇放在果蝇竞技场，但当雄果蝇靠近雌果蝇时，改发射足以活化ChR2却不足以
产生制约温和雷射。结果发现，活化胸部Pain-Gal4神经元的ChR2可以导致强烈的距离限
制记忆，程度相当于对正常果蝇用强力雷射产生的记忆，即使没有强力的雷射能量，光遗
传活化Pain-Gal4神经元可以模拟操作距离限制学习实验中的惩罚，证明正常的Painless
基因产物在距离限制记忆的形成扮演不可或缺的角色。
ALTOMS可以即时分析果蝇互动行为，并讯速、准确的以两种雷射追踪动态果蝇的身体目标
，启动光遗传调控，是果蝇行为和神经回路研究工具的重大突破，未来有机会借由此设备
系统化的定位果蝇大脑中形成记忆的回路。
资料来源
Ming-Chin Wu, Li-An Chu, Po-Yen Hsiao, Yen-Yin Lin, Chen-Chieh Chia, Tsung-Ho
Liu, Chien-Chung Fu, and Ann-Shyn Chiang. Optogenetic control of selective
neural activity in multiple freely moving Drosophila adults. PNAS. 2014, vol.
111 no. 14. 5367–5372, doi: 10.1073/pnas.1400997111
Winbush A, Reed D, Chang PL, Nuzhdin SV, Lyons LC, Arbeitman MN.
Identification of gene expression changes associated with long-term memory of
courtship rejection in Drosophila males. G3 (Bethesda). 2012
Nov;2(11):1437-45. doi: 10.1534/g3.112.004119. Epub 2012 Nov 1.
作者: showind (矿泉水空瓶) 2014-08-13 06:14:00
处女果蝇...
作者: edward4904 (Rynn) 2014-08-13 07:18:00
这年头连修干都要很科学…
作者: vanko (咏咏) 2014-08-13 07:25:00
镭射去势法？
作者: kakarrot (上床宝贝 用完报废) 2014-08-13 07:46:00
aversion therapy?
作者: r89556 (pachuching) 2014-08-13 09:25:00
动保快救援
作者: starbuckss (斯达罢课司) 2014-08-13 09:27:00
地方宅宅需要雷射
作者: omc (鲁蛇第一名) 2014-08-13 09:30:00
干！这种惩罚对任何动物都管用吧...
作者: redw (redw) 2014-08-13 09:53:00
怎么知道是不是处女?
作者: kobe8526 (韦) 2014-08-13 10:55:00
根据过来的经验 处女跟非处女特征不一样 显微镜下可辨识
作者: redw (redw) 2014-08-13 11:19:00
可是会说自己是处女的，不是都假的吗?
作者: rainsea0710 (è—月) 2014-08-13 15:34:00
果蝇好聪明……
作者: w147987 (NIGHT) 2014-08-13 21:52:00
人家只是想来一炮…
作者: cd0723 (kira) 2014-08-14 00:45:00
可不可以拿来研究蚊子......
作者: lunawalker (lunawalker) 2014-08-14 16:33:00
好可怜的果蝇…牠只是想推砲啊
作者: foxclimber (攀缘植物) 2014-08-16 12:18:00
不能靠近真痛苦，感同身受.
