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Natura volume 619, pagine 563–571 (2023) Citare questo articolo
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Mentre sono stati compiuti progressi nell'identificazione dei segnali neurali legati a decisioni rapide e guidate1,2,3, si sa meno su come il cervello guidi e interrompa decisioni più rilevanti dal punto di vista etologico in cui il comportamento di un animale governa le opzioni sperimentate nel corso di minuti4,5, 6. La drosophila cerca per molti secondi o minuti siti di deposizione delle uova con un elevato valore relativo7,8 e possiede neuroni, chiamati oviDN, la cui attività soddisfa i criteri di necessità e sufficienza per avviare il programma motorio di deposizione delle uova9. Qui mostriamo che gli oviDN esprimono un segnale di calcio che (1) diminuisce quando un uovo viene preparato internamente (ovulato), (2) va su e giù per secondi o minuti, in modo influenzato dal valore relativo dei substrati, come una mosca determina se deporre un uovo e (3) raggiunge un livello di picco costante appena prima che l'addome si pieghi per la deposizione delle uova. Questo segnale è evidente nei corpi cellulari degli oviDN nel cervello e probabilmente riflette un processo di aumento della soglia comportamentale rilevante nel cordone nervoso ventrale, dove si trovano i terminali sinaptici degli oviDN e dove la loro uscita può influenzare il comportamento. Forniamo prove perturbative che il programma motorio di deposizione delle uova viene avviato una volta che questo processo raggiunge una soglia e che la variazione sottosoglia in questo processo regola il tempo impiegato a considerare le opzioni e, in definitiva, la scelta presa. Infine, identifichiamo un piccolo circuito ricorrente che alimenta gli oviDN e mostriamo che l'attività in ciascuno dei suoi tipi di cellule costituenti è necessaria per deporre un uovo. Questi risultati sostengono che un processo di raggiungimento della soglia regola una decisione di valore relativo e autogestita e forniscono una visione iniziale del meccanismo del circuito sottostante per la costruzione di questo processo.
La selezione del sito di deposizione delle uova è fondamentale per la sopravvivenza della progenie di una mosca10. Pertanto, la Drosophila cerca un substrato di alta qualità per molti secondi o minuti prima di depositare ogni singolo uovo7,8. Sono state documentate le preferenze di deposizione delle uova per molti substrati diversi10, ma non è noto il modo in cui i segnali neurali legati alle decisioni si evolvono in tempo reale per guidare il processo di selezione del sito e per generare queste preferenze.
Abbiamo filmato la Drosophila gravida in una piccola camera con un pavimento di substrato morbido e caratterizzato una sequenza comportamentale per la deposizione delle uova (vedere Tabelle Supplementari 1 e 2 per i genotipi e le condizioni in tutti gli esperimenti). La sequenza in sei fasi inizia con la mosca ferma ed eseguendo un allungamento dell'addome (fase 1) seguito da uno scricchiolio (fase 2) (Fig. 1a). La mosca quindi aumenta la sua velocità locomotrice durante un periodo di ricerca (fase 3), e infine esegue una piegatura dell'addome per la deposizione delle uova (fase 4), deposita un uovo (fase 5) ed esegue una seconda piegatura dell'addome (fase 6), probabilmente per pulire l'ovopositore.
a, Sequenza comportamentale della deposizione delle uova. b, Uovo che esprime GCaMP3 nel corpo. I passaggi corrispondono a a. Gli inserti mostrano primi piani, con pixel sovra/sottosaturi in rosso/blu; i pannelli principali mostrano pixel sovra/sottosaturi in bianco/nero. c, Progressione comportamentale. Le linee collegano singole sequenze di deposizione delle uova. d, schema della ruota. e, Singolo oviDNb tracciato da immagini al microscopio ottico. La freccia blu indica il soma nel cervello, la freccia verde indica le uscite nel ganglio addominale. f, somi oviDN sul lato destro del cervello etichettati da oviDN-SS1. g, oviDN ∆F/F e comportamento durante la deposizione di due uova da parte della stessa mosca. ∆F/F viene livellato con un filtro boxcar da 2 s. Le immagini sono proiezioni z di sezioni di imaging selezionate, con etichette che si riferiscono a oviDNa e oviDNb (oviDNa è parzialmente oscurato da oviDNb). h, oviDNb medio della popolazione ∆F/F allineato all'estremità della curvatura dell'addome per la deposizione delle uova. L'ombreggiatura grigio chiaro rappresenta ±sem ovunque; 43 tracce di imaging da 41 eventi di deposizione delle uova associati a nove cellule in otto mosche. Il numero di tracce supera il numero di eventi di deposizione delle uova perché per due uova abbiamo ripreso oviDNb su entrambi i lati del cervello. Eventi comportamentali mostrati di seguito. i, Schema della curvatura dell'addome. θ denota "angolo del corpo" e la lunghezza è la distanza collo-ovopositore. j–l, media oviDN ∆F/F e comportamento allineato agli eventi in h: "inizio dell'ovulazione" (j), "inizio della ricerca" (k) e completamento della curvatura dell'addome (l). La "lunghezza normalizzata" è la lunghezza indicata in i divisa per la sua mediana (metodi). Le frecce più corte e più spesse indicano quando la piegatura dell'addome per la deposizione delle uova è completa. Una successiva piegatura (più forte) serve presumibilmente per pulire l'ovopositore. m, oviDN ∆F/F durante i singoli eventi di deposizione delle uova, livellati con un filtro per vagone merci da 5 s. Linea nera, cattivo. n, media oviDN ∆F/F durante la deposizione delle uova per tutte e sette le mosche che hanno deposto tre o più uova, levigate con un filtro per vagone merci da 5 s. Una singola mosca GCaMP7b è mostrata in grigio. NP, Progetto Nippon; Ave., media; 2-p, due fotoni; Efisologia, elettrofisiologia; Massimo, massimo.