Neural basis of facial individual recognition in paper wasps

纸黄蜂面部个体识别的神经基础

基本信息

  • 批准号:
    10524286
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 69.04万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-07-15 至 2024-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The neural circuits of animals, including humans, are the combined product of adaptation by natural selection and the evolutionary history of a species. Distinguishing which features of neural circuits represent fundamental principles of circuit design versus the quirks of a particular model species requires comparative approaches. Features of neural circuit design and architecture that have evolved independently multiple times in distantly related species indicate elements of optimal solutions to solving a particular behavioral or cognitive problem. At the same time, aspects of neural systems that have evolved to facilitate novel behavior provide key insights into the process by which neural systems can be modified while maintaining function. Here we seek funding to develop the paper wasp, Polistes fuscatus, as a model system in neuroscience. Remarkably, these wasp uses facial individual recognition to differentiate among nestmates. Like primates, these wasps use holistic visual processing of faces and show cognitive specializations for facial recognition. In many respects, paper wasp social behavior is more similar to cooperatively breeding vertebrates than other social insects like honey bees or ants. These wasps represent an independent evolution of specialized face processing relative to primates, allowing for comparisons of the architecture of neural encoding of facial identity between distantly related groups that have independently evolved eyes and facial recognition. At the same time, our recent work shows that individual recognition has evolved in paper wasps within the last few thousand years meaning that we have a rare opportunity to understand how neural circuits underlying complex social behavior have arisen from ancestral abilities. We propose a multi-pronged approach that takes advantage of modern tools in neuroscience that will allow us to rapidly begin to characterize the neural encoding of faces in wasps. (Aim 1) We will leverage our expertise in single cell genomic approaches to identify which cell types within the wasp brain are involved in facial processing and individual recognition. (Aim 2) We will build on preliminary data from multi-channel electrophysiological recordings to examine the neural encoding of facial recognition in the wasp brain. These two approaches can be readily applied to non-model species such as paper wasps and provide a direct and immediate path forward for establishing paper wasps as a model for neuroscience studies of social recognition. (Aim 3) We will work to screen and optimize viral vectors for transgene expression in paper wasps. Viral vectors of genetically encoded tools for recording and manipulating neurons are now commonplace in model and non-model vertebrates, but rare in insects. Identifying which vectors work in wasps will immediately open a wide range of possible experiments and will be readily shared with the scientific community. Paper wasps accomplish remarkably sophisticated and complex social behavior in a small brain – investing in their development as a model system will help uncover fundamental principles of neural systems governing social behavior.
动物的神经回路,包括人类,是自然选择适应的合并产物 以及一个物种的进化史。区分神经回路的哪些特征代表 电路设计与特定模型物种的怪癖的基本原理需要比较 方法。神经电路设计和建筑的特征多次独立发展 在明显相关的物种中,表示最佳解决方案的要素以解决特定的行为或认知 问题。同时,发展为促进新行为的神经元系统的各个方面提供 对神经系统可以在维护功能时可以修改神经系统的过程的关键见解。我们在这里 寻求资金来开发纸黄蜂,Polistes Fuscatus,作为神经科学的模型系统。值得注意的是 这些黄蜂使用面部个体识别来区分巢穴。像主要的黄蜂一样 面部的整体视觉处理,并显示面部识别的认知专长。在许多方面, 与其他社会昆虫相比 蜜蜂或蚂蚁。这些WASP代表了专业面部处理亲戚的独立演变 对于主要,允许比较不寻常的面部身份的神经编码的结构 具有独立进化的眼睛和面部识别的相关群体。同时,我们最近的工作 表明,在过去的几千年中,个人认可在纸黄蜂中已经演变,这意味着 我们有一个难得的机会了解神经回路是如何产生复杂社会行为的基础 来自祖先能力。我们提出了一种多管齐的方法,该方法利用现代工具 神经科学将使我们能够迅速开始表征黄蜂面孔的神经编码。 (目标1) 我们将利用我们在单细胞基因组方法中的专业知识来识别WASP中的哪些细胞类型 大脑参与面部处理和个人认识。 (AIM 2)我们将基于初步数据 多通道电生理记录,以检查WASP中面部识别的神经编码 脑。这两种方法可以很容易地应用于非模型物种,例如纸黄蜂,并提供 直接和直接的途径可以建立纸黄蜂作为社会神经科学研究的模型 认出。 (AIM 3)我们将努力筛选和优化病毒向量,以在纸黄蜂中进行转化。 用于记录和操纵神经元的基因编码工具的病毒载体现在很普遍 模型和非模型脊椎动物,但在昆虫中很少见。确定哪些矢量在黄蜂中起作用 开放各种可能的实验,并将很容易与科学界共享。纸 黄蜂在小脑中完成了非常复杂且复杂的社会行为 - 投资于他们的 作为模型系统的发展将有助于发现管理社会神经系统的基本原理 行为。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Neural correlates of individual facial recognition in a social wasp.
社交黄蜂个体面部识别的神经关联。
  • DOI:
    10.1101/2024.04.11.589095
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jernigan,ChristopherM;Freiwald,WinrichA;Sheehan,MichaelJ
  • 通讯作者:
    Sheehan,MichaelJ
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作者:{{ showInfoDetail.author }}

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