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Nature volume 619, pages 563-571 (2023)Citer cet article
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Alors que des progrès ont été réalisés dans l'identification des signaux neuronaux liés à des décisions rapides et indiquées1,2,3, on en sait moins sur la façon dont le cerveau guide et met fin à des décisions plus pertinentes sur le plan éthologique dans lesquelles le comportement d'un animal régit les options expérimentées au fil des minutes4,5, 6. La drosophile recherche pendant plusieurs secondes, voire quelques minutes, des sites de ponte ayant une valeur relative élevée7,8 et possède des neurones, appelés oviDN, dont l'activité remplit les critères de nécessité et de suffisance pour lancer le programme moteur de dépôt des œufs9. Nous montrons ici que les oviDN expriment un signal calcique qui (1) diminue lorsqu'un œuf est préparé en interne (ovulé), (2) dérive de haut en bas en quelques secondes, voire minutes, d'une manière influencée par la valeur relative des substrats, comme une mouche. détermine s'il faut pondre un œuf et (3) atteint un niveau maximal constant juste avant la courbure de l'abdomen pour la déposition des œufs. Ce signal est apparent dans les corps cellulaires des oviDN dans le cerveau et reflète probablement un processus d'élévation du seuil comportemental dans la moelle nerveuse ventrale, où se trouvent les terminaisons synaptiques des oviDN et où leur production peut influencer le comportement. Nous fournissons des preuves perturbatrices que le programme moteur de dépôt des œufs est lancé une fois que ce processus atteint un seuil et que la variation infra-seuil de ce processus régule le temps passé à considérer les options et, finalement, le choix effectué. Enfin, nous identifions un petit circuit récurrent qui alimente les oviDN et montrons qu'une activité dans chacun de ses types cellulaires constitutifs est nécessaire à la ponte d'un œuf. Ces résultats soutiennent qu'un processus d'élévation du seuil régule une décision de valeur relative à votre rythme et fournissent un premier aperçu du mécanisme de circuit sous-jacent à la construction de ce processus.
La sélection du site de ponte est essentielle à la survie de la progéniture d'une mouche10. En tant que telle, la drosophile recherche un substrat de haute qualité pendant plusieurs secondes, voire quelques minutes, avant de déposer chaque œuf individuel7,8. Les préférences en matière de ponte pour de nombreux substrats différents ont été documentées10, mais la manière dont les signaux neuronaux liés à la décision évoluent en temps réel pour guider le processus de sélection du site et générer ces préférences est inconnue.
Nous avons pris des vidéos de drosophiles gravides dans une petite chambre avec un substrat mou et caractérisé une séquence comportementale pour la ponte (voir les tableaux supplémentaires 1 et 2 pour les génotypes et les conditions de toutes les expériences). La séquence en six étapes commence avec la mouche immobile et effectuant une élongation de l'abdomen (étape 1) suivie d'un scrunch (étape 2) (Fig. 1a). La mouche augmente ensuite sa vitesse locomotrice pendant une période de recherche (étape 3), et enfin elle effectue une courbure de l'abdomen pour la ponte des œufs (étape 4), dépose un œuf (étape 5) et effectue une deuxième courbure de l'abdomen (étape 6), probablement pour nettoyer l'ovipositeur.
a, Séquence comportementale de la ponte. b, Oeuf exprimant GCaMP3 dans le corps. Les étapes correspondent à a. Les encarts montrent des gros plans, avec des pixels sur/sous-saturés en rouge/bleu ; les panneaux principaux affichent des pixels sur/sous-saturés en blanc/noir. c, progression comportementale. Les lignes relient des séquences de ponte uniques. d, Schéma de la roue. e, oviDNb unique tracé à partir d’images de microscopie optique. La flèche bleue indique le soma dans le cerveau, la flèche verte indique les sorties dans le ganglion abdominal. f, somas oviDN sur le côté droit du cerveau marqué par oviDN-SS1. g, oviDN ∆F/F et comportement lors de la ponte de deux œufs par la même mouche. ∆F/F est lissé avec un filtre wagon couvert de 2 s. Les images sont une projection en Z de tranches d’imagerie sélectionnées, avec des étiquettes faisant référence à oviDNa et oviDNb (oviDNa est partiellement masqué par oviDNb). h, oviDNb moyenné par la population ∆F/F aligné à l’extrémité de la courbure de l’abdomen pour la ponte. L'ombrage gris clair représente ±sem partout ; 43 traces d'imagerie provenant de 41 événements de ponte associés à neuf cellules dans huit mouches. Le nombre de traces dépasse le nombre d’événements de ponte car pour deux œufs, nous avons imagé l’oviDNb des deux côtés du cerveau. Événements comportementaux présentés ci-dessous. i, Schéma de la courbure de l'abdomen. θ désigne « l'angle du corps » et la longueur correspond à la distance cou-ovipositeur. j–l, oviDN moyen ∆F/F et comportement aligné sur les événements de h : « début de l'ovulation » (j), « début de la recherche » (k) et achèvement de la courbure de l'abdomen (l). La « longueur normalisée » est la longueur donnée en i divisée par sa médiane (Méthodes). Des flèches plus courtes et plus épaisses indiquent quand la courbure de l'abdomen pour la ponte des œufs est terminée. Un virage ultérieur (plus fort) est probablement destiné au nettoyage de l'ovipositeur. m, oviDN ∆F/F lors d'événements de ponte individuels, lissés avec un filtre wagon couvert de 5 s. Ligne noire, méchante. n, oviDN moyen ∆F/F pendant la ponte pour les sept mouches ayant pondu trois œufs ou plus, lissé avec un filtre wagon couvert de 5 s. Une seule mouche GCaMP7b est représentée en gris. NP, Projet Nippon ; Ave., moyenne ; 2-p, deux photons ; Ephys, électrophysiologie ; Max., maximum.