“运动就是生命，”屋顶说着离开了。 这个笑话颇具“胡须”，但像任何一个笑话一样，它也有一定道理。 确实，地球上的大多数动物确实具有移动的能力。 在我们的文化中，甚至有许多与动物及其活动相关的隐喻，标语和转折：快如猎豹； 像乌龟一样慢 优美，如母鹿等 在任何生物中，运动（即运动）及其各个方面都受某些身体系统的控制，从肌肉骨骼系统到中枢神经系统。 但是有些运动以前是科学家无法与任何特定的调节器联系在一起的。 这些包括从恐惧中消失。 哥伦比亚大学的一组研究人员发现，我们所有人都熟悉的5-羟色胺是造成“麻木”的原因。 科学家是如何得出这个结论的？果蝇为什么要参加实验？发现了哪些细节？ 我们从研究小组的报告中了解到这一点。 走吧
学习基础
再次，果蝇的果实，或果蝇（Drosophila melanogaster）成为了研究的主要特征。 这是由于这样的事实，即这种看似不起眼的生物具有许多独特的能力，可以说，科学家和研究人员非常赞赏。
为了不使文本过于冗长，在扰流板下方隐藏了一个关于果蝇的实况调查小段（用于前面的文章之一）：昆虫学在分析报告之前，让我们更好地了解主要角色。
果蝇果实是一种双翅昆虫，其大小不超过2.5毫米（雌性中，雄性较小）。 我们中的许多人都是第一手熟悉这些昆虫的人。 夏天到了，我们买水果和蔬菜，将它们放在公共场所的某个地方，过一会儿，请注意这些小动物是如何选择我们的购买的。 如果您不重视这一点，那么几天后，您将在厨房里有一支全军，能够占领较小的国家。 好的，这很夸张，但实际上有很多（我从我自己的经验中知道）。 对于果蝇的发展，并不需要很多东西：一个相当温暖的环境和食物的存在，而食物通常可以作为产卵的地方。 顾名思义，果蝇以蔬菜和水果（在野外为树液）为食。
果蝇的生命周期是相当标准的：一个卵（24小时）-幼虫（5天）-pa（5天）-一个成年个体。 在最有利的环境条件下（温度25°C），该周期大约需要10天。 也就是说，当您从商店购买水果时，几天后便出现了苍蝇，您知道-它们的幼虫（甚至是鸡蛋）已经在产品上了。 因此，在进食前洗净水果。
果蝇的成虫周期。如您所见，本体形成周期（从卵发育为成虫）不需要花费这么短的时间，但是果蝇通过产卵的数量补偿了这段时间内失去后代的可能性。 雌性一生中大约躺着400只。同时，在成虫周期结束后12小时，她准备进行繁殖。
假设果蝇科学家不仅对本体发育感兴趣，而且像许多昆虫一样，对其运动和视觉方法也很感兴趣，这是正确的。 果蝇的翅膀每秒可闪烁约250次。 如果您发现很难估计这是多少，只需挥动双手，看看您进行了多少这样的动作。 为了进行比较，蜂鸟（较小的物种）大约打了100次。 果蝇也已成为遗传学家的一大兴趣。 果蝇基因组的独特结构特征使其成为研究人类疾病的理想实验（Parkinson，Alzheimer）。 果蝇还有助于研究人体免疫系统，癌症，糖尿病等。
如您所见，这个令人讨厌的小动物以其自己的方式具有独特性，并为研究人员提供了巨大的潜力。
果蝇也是研究运动的理想选择。 像其他许多昆虫一样，果蝇的动作范围也相当广泛，视情况而定。 她在困难的表面上移动并不困难，包括倒置在天花板上。 为了使这种平衡草图成为可能，昆虫必须同时调节运动速度和其他运动学参数。
在昆虫和有肢体的脊椎动物之间的运动方面，有共同的特征。 这些功能之一是使用多关节腿/脚。
果蝇通过腹神经链（以下简称VNC）中的神经链控制其复杂步态，腹神经链是椎体脊髓的功能类似物。 VNC包括三对胸神经绒毛（T1，T2和T3），它们协调三对相应的腿部的运动。 VNC接收来自大脑的命令，并通过运动神经元将运动指令传输到周围的肌肉。
传递
本体感受*和触觉信息的感觉神经元沿着相同的纤维路径将轴突从附肢投射到VNC中，并沿着
神经纤维*爪分开（
1A ）。
本体感觉* -自己的肌肉的感觉，即对身体各部分相对于彼此以及相对于周围空间的位置的意识。
Neuropil * -神经细胞过程的积累。
图片编号1：果蝇中枢神经系统中的神经调节剂。一个奇怪且有点令人毛骨悚然的事实-VNC甚至可以在断头的动物中执行四肢的协调运动。
因此，总结以前的研究数据，可以假定是VNC包含神经网络，该神经网络可以协调苍蝇每条腿的每个关节的弯曲和伸展，并可以协调步态本身。
先前已经发现，对于快速和稳定的运动，来自爪子的感觉数据是非常必要的。 但是，不能争辩说这是唯一的调节剂，因为即使去除了本体感受受体或四肢受损，协调的步行也不会受到干扰。 因此，还有其他东西可以调节它。 但是呢
科学家认为，这些隐藏的调节剂可能是神经调节系统，包括多巴胺，去甲肾上腺素和5-羟色胺。
神经递质* -一种物质，神经细胞的电化学冲动在神经元之间传递，以及从神经元到肌肉组织或腺细胞的冲动。
多巴胺*是一种神经递质，通常与满足感和爱感以及认知功能相关（将注意力从认知活动的一个阶段转移到另一阶段）。 帕金森氏病是指与多巴胺能缺乏症有关的人类疾病。
去甲肾上腺素*是一种通常与清醒相关的神经递质。 在人体中，它参与血压和周围血管阻力的调节。 当身体处于危险之中时，去甲肾上腺素也参与“命中或逃跑”反应。
血清素*是一种抑制性神经递质，即 多巴胺对映体（激活神经递质）。 5-羟色胺引起平滑肌收缩并促进运动功能，调节血管紧张度。 另外，血清素通常被称为“幸福荷尔蒙”，这是一种粗略且不准确的说法。
值得注意的是，相同的神经调节系统在不同的动物物种中执行非常相似的功能。 例如，5-羟色胺减慢了七，鳗，猫和蝗虫的运动节奏（我见过的最不寻常的三重奏）。 对果蝇的研究表明，它们的
单胺类神经递质*还可以调节多种行为。
单胺神经递质*是具有一个氨基的神经递质和神经调节剂，其通过两个碳原子的链与芳环（-CH2-CH2-）连接。
发现5-羟色胺会影响步行速度的下降，调节睡眠，攻击性和焦虑相关的运动行为。 相反，多巴胺与多动症有关。 另一个有趣的神经递质是章鱼胺，已证明它会影响饥饿引起的机能亢进。 在没有章鱼胺的情况下，动物的运动更加缓慢。
如我们所见，果蝇在墙壁或天花板上的简单爬行与许多复杂的神经化学过程有关，科学家决定对此进行更详细的研究。
研究成果
为了鉴定可在调节步行行为中发挥作用的神经调节神经元，科学家在
启动子的控制下使用了带有Gal4的荧光
报告基因
*的表达
*为每个神经调节系统编码关键的合成酶：
- 色氨酸（5-HT）的色氨酸羟化酶（Trh）；
- 多巴胺的酪氨酸羟化酶（TH或ple）；
- 酪胺脱羧酶2（Tdc2）用于章鱼胺和酪胺。
记者*是与其他基因的调控序列连接的基因，用于研究细胞培养物中基因的表现。
启动子*是在转录起始过程（RNA合成，其中DNA充当模板）中起重要作用的DNA核苷酸序列。
所有这些介体均在VNC和脑细胞中均表现出广泛的表达。
科学家进一步检查了爪神经元是否
被*神经调节性VNC或源自大脑的降级神经元（
1A ）
支配 。
神经* -为器官和组织提供神经，以确保它们与中枢神经系统的联系。
实验表明，神经脚的神经调节神经几乎全部来自
* VNC内部
神经元 ，而不是来自大脑中的下降神经元（
1B -
1G ）。
Interneuron * （中间神经元）是仅与其他神经元相连的神经元。
因此，从理论上讲，正是VNC神经调节神经元能够强烈影响运动，在下一步研究中，科学家们检查了VNC中是否有足够的神经调节神经元仅能调节步行行为。 这些神经元被光遗传激活，并使用Flywalker行为分析测量步行速度。
分析显示，仅血清素能性VNC群体的激活（即，未激活多巴胺能或章鱼胺能/泰拉能能）显着降低了mid的平均速度（
1H ）。 基于这种观察，科学家决定将所有注意力都集中在血清素能神经元（5-HT
VNC ）上。
为了证实5-羟色胺的理论并排除其他神经递质的影响，对血清素能（5-HT），多巴胺能（TH），章胺能/泰拉能（Tdc2），谷氨酸能（VGlut），胆碱能（ChAT）和GABA的标记物进行了免疫染色。
实验表明，Trh-Gal4系控制表达5-HT的神经元的表达，并且这些神经元不表达上述任何其他神经递质。 因此，仅存在血清素能神经元。
此外，还进行了实际实验，科学家观察到昆虫自由地穿过小室，从而可以表征5-HT
VNC神经元对运动功能的影响。
图2：5-HT VNC神经元调节果蝇的行走速度。不出所料，5-HT
VNC神经元的激活足以降低平均步行速度（
2A ）。 奇怪的是，这些神经元的激活不会改变实验对象的总行走时间。 这表明变化的不是个人的整体活动，而是平均运动（行走）速度。
还发现5-HT
VNC神经元的激活降低了果蝇的绝对角速度。 也就是说，与对照组相比，实验个体的走步更慢，但走的路更直接。
科学家注意到，该研究方法虽然显示由于5-HT
VNC神经元的激活而导致速度降低，但无法显示在现实生活中（自然环境中）这些神经元通常用于调节运动的情况。 为了找到答案，使用钾
内部整流通道* Kir2.1来使5-HT
VNC神经元组成性失活。
内部整流通道*是离子通道，正离子可通过该通道轻松进入电池，但不能进入。
5-HT
VNC神经元的抑制（即“断开”）会导致蚊子更快（2V），这再次证实了先前的实验。 实际上，由5-HT
VNC神经元的光遗传激活或组成性抑制引起的速度变化是彼此相反的（
2C ）。 此外，5-HT
VNC的失活使实验对象的角速度增加，并且也增加了蚊在步行时所花费的时间百分比。
因此，对5-HT
VNC神经元激活或失活速率的相互影响表明，VNC中5-羟色胺的释放能够调节基线行走速度。
从以上观察结果可以看出，5-HT
VNC神经元的激活/失活在蚊运动期间会有所不同。 为了测试这一点，将蚊子放在跑步机上（不，这不是在开玩笑），并对5-HT
VNC （
S3A ）
过程进行了功能性钙可视化。
S3号图像（来自其他材料）：在活动的蚊虫中可视化5-HT VNC神经元（请参见2号图像）。不仅对整个身体进行了分析，而且对颈椎交界处的纤维也进行了分析，因为这些纤维中的活性与行走密切相关（
2D和
2E ）。 在沿着跑步机（
2F ）的每次“行走”开始时，来自这些细胞的荧光钙信号会急剧增加。 当蚊子进行其他运动时，例如象鼻或“洗涤”，这些信号要弱得多。 这些观察结果表明，一部分5-HT
VNC神经元在行走过程中活跃，而在一般情况下则不活跃。
还发现这些血清素能过程的活性与平均步行速度正相关。 因此，当一个人走得更快时，这些神经元就会变得更加活跃。
但是，可以假设激活5-HT
VNC神经元后行走速度减慢可能是由于运动协调性降低。
图像3：5-HT VNC神经元被激活后，运动继续保持协调。否则，5-HT
VNC的减速和激活与协调无关。 通过分析Flywalker数据检查哪个选项正确。
分析结果表明，5-HT
VNC的激活不仅不是协调
失调的结果，而且相反。 事实是，慢速行走需要更大的运动协调性，这是在实验（
3A和
3C ）的mid中发现的。 步行过程中mid的移动每条腿的方式充分确认了协调中没有任何干扰（
3B和
3D ）。 顺便说一句，对照组的蚊子（没有人激活任何额外的东西）与激活5-HT
VNC神经元的蚊子相比，协调运动较少。
重要的是要考虑到以下事实：运动协调参数和步行参数在所有情况下都不能恒定，因为它们会根据动物的速度不断变化。 例如，当动物走慢时，它们的步幅降低，步幅更长，并降低了摇摆的速度（即在迈步时）。 由于站立的持续时间（步行时身体的单独位置）增加，并且振动的持续时间基本上保持不变，因此这种参数偏移伴随着逐步循环的偏移。
当5-HT
VNC神经元被激活时，这些关系保持相关，并扩展到较慢的速度范围（
3E -
3I ）。 当蚊虫放慢脚步时，它主要使用4条腿作为支撑（一种较稳定的版本），而使用3条腿则可以快速前进。 激活5-HT
VNC神经元后，实验继续使用这种步态（
3J -
3L ）。
在某些情况下，例如步幅（
3G ）和站立时间（
3I ），神经元激活后运动参数和速度之间的关系是野生mid中相应比率的外推。 但是，在使用三腿支撑（
3J ）选择步态的情况下，激活这些神经元时，参数的比率和速度会发生变化。 换句话说，通过5-HT
VNC激活行走时单个步幅的步长和持续时间与普通蚊子相当，在三脚架类型步态的情况下，参数速比会发生变化。
众所周知，血清素能系统用于调节步行速度：当系统激活时，mid变慢，而当系统失活时，mid变快。根据这一陈述，科学家决定检查是否需要该系统以自然方式调整基本步行速度。为了验证这一点，当5-HT VNC神经元失活时，进行了几次实验，并且蚊子宿主环境促进了不同的移动速度（温度变化，身体姿势，食物供应和机械感觉刺激）。奇怪的是，所有5-HT VNC神经元不活跃的实验对象都继续成功地调节其速度（4A）。
图4：5-HT VNC神经元不活跃时步行参数的变化。发现在所有测试条件下，患有5-HT VNC神经元的实验对象的运动都比对照组快。例如，即使在断开5-HT VNC神经元时，苍蝇在18°C时变慢，在30°C时变快。因此，在广泛的环境条件下，VNC中5-羟色胺的释放会减慢步行速度。这些结果与其中血清素能性VNC系统充当步行速度的软性和本构调节器的模型相符，而不论该速度是由其他机制设定的是多快还是慢。最奇怪的发现是5-HT VNC神经元的失活会影响对环境突然变化的response的反应。尽管以上结果表明，在许多情况下，mid虫并不需要血清素能VNC系统来调节基线行走速度，但恐惧是一个非常独特的情况，需要研究。在哺乳动物中，典型的惊吓行为是对各种感觉刺激（听觉，触觉，前庭等）的反应。这些反应非常快，并且包括全身肌肉的同时收缩。与哺乳动物一样，果蝇在惊吓过程中表现出经典的行为-瞬间冻结，然后撤退。为了测试褪色，5-羟色胺与5-HT VNC神经元活性之间的关系，在两种情况下进行了几次实验：剧烈的黑暗和剧烈的振动。在这两种情况下，受试者都表现出两种行为反应（4B，4C和4D）：首先，他们的许多人几乎完全冻结（0.25秒），然后短暂的停顿（约1秒），然后蚊子开始根据新情况行动。因此，无论是否引起蚊中惊吓的刺激，血清素能系统不仅是改变运动速度的构成因素，而且还是衰落的调节剂。研究人员回忆说，所有五个果蝇血清素能受体-5-HT1A，5-HT1B，5-HT2A，5-HT2B和5-HT7-都是G蛋白结合受体（GPCR）。由于恐惧，所有这些受体对运动和反应都有不同的作用。与5-HT1A受体的个体，Gal4的，1B Gal4的，图2A 的Gal4和7 Gal4的花费在行走更多的时间，行走速度，但只有在与HT7 5-个体增加的Gal4（5A）。因此，5-HT7是负责血清素间接影响步行速度的主要受体。
图片5：血清素能受体对运动参数的影响。接下来，检查受体在剧烈振动情况下的影响。 5-HT7 Gal4和5-HT1B Gal4几乎完全复制了Trh01中以及在5-HT VNC失活（5C，5D和5G）实验中观察到的褪色反应。但是5-HT1A Gal4和5-HT2A Gal4的持续时间并未显示出明显变化，而是显示了个体的最终速度随着外部刺激（5E - 5G）的稳定下降。从这些观察结果可以得出，不同的受体位于惊恐反应的不同方面。为了更详尽地了解这项研究的细微差别，我建议您研究一下科学家的报告和其他补充材料。结语
在这项研究中，表明5-羟色胺对运动以及惊吓反应具有直接作用。科学家认为，惊恐时的血清素是一种紧急系统，它会导致蚊虫四肢的组织收缩，从而在运动开始之前引起短暂的停顿。这种暂停可能起重要作用，因为此时神经系统可以收集有关引起惊吓的刺激的其他信息，并决定如何进行。实验是在果蝇上进行的，但是观察结果可用于分析包括人在内的其他动物的化学和分子过程，因为血清素和麻木反应在各种物种的动物中极为普遍。将来，科学家计划更详细地研究5-羟色胺对运动的影响，并建立其他以一种或另一种方式调节动物运动的因素。研究人员称自己的主要任务为创建与运动有关的过程的完整分子图。周五顶峰：
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