Pre-motor neural circuits enable versatile and sequential limb movements

前运动神经回路可实现多功能且连续的肢体运动

基本信息

  • 批准号:
    10721086
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 217.31万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-01 至 2026-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Abstract Movements are measurable outputs of the nervous system and simple movements can be combined to compose complicated behaviors. We use limb tracking and connectome analyses to map the neural circuits controlling the elemental leg movements in Drosophila grooming. The organization of the pre-motor networks for this innate, sequential behavior will show a successful solution for a complex motor control problem and reveal generalizable connectivity motifs whose computational functions can be experimentally tested. Starting from a detailed understanding of the temporal patterns in this behavior, we will identify the simplest movement subroutines that can be combined to assemble the whole repertoire. The circuits that produce these movements lie between the command-like neurons that initiate them and subsets of motor neurons that execute them. Using the results of our genetic screens for command neurons and new electron microscopy data for the Drosophila ventral nerve cord, we will trace neuronal connections to uncover the complete pre-motor network, showing which groups of muscles are bound to work together by common excitatory and inhibitory connections to their associated motor neurons. The pre-motor connectome allows us to test possible circuit functions through modeling. We will investigate whether command neurons that induce grooming sequences with shared movements converge onto common pre-motor nodes or maintain independent control pathways. By mapping inhibitory connections, we will determine whether these add flexibility to efficiently modify aspects of elemental movements: for example, if leg extension is a building block, it could be directed toward the head for a sweep or toward the contralateral leg for a rub by adding and subtracting a few additional motor neurons targeting more proximal elevator muscles. The anatomical connectome for pre-motor circuits constrains hypotheses about circuit function, leads to unexpected discoveries of highly connected nodes, and guides future experiments to measure neuronal activity and behavioral consequences.
抽象的 运动是神经系统的可测量输出,简单的运动可以 合并以组成复杂的行为。我们使用肢体跟踪和 Connectome分析以绘制控制元素腿的神经回路 果蝇修饰的动作。为此的运动前网络的组织 先天,顺序行为将为复杂的电动机控制提供成功的解决方案 问题并揭示其计算函数的可推广连接基序 可以进行实验测试。 从对这种行为中的时间模式的详细理解开始,我们将 确定最简单的运动子例程,可以组合以组装 整个曲目。产生这些动作的电路位于 启动它们的指挥状神经元和执行的运动神经元子集 他们。使用我们的遗传筛选结果进行命令神经元和新电子 果蝇腹神经线的显微镜数据,我们将追踪神经元 连接以发现完整的前运动网络,显示了哪些组 肌肉必然会通过常见的兴奋性和抑制性联系在一起 它们相关的运动神经元。 运动前连接器使我们能够通过建模测试可能的电路功能。 我们将调查是否诱导使用修饰序列的命令神经元 共享运动会收敛到公共运动前节点或保持独立 控制途径。通过映射抑制连接,我们将确定是否 添加灵活性以有效地修改元素运动的各个方面:例如,如果腿 扩展是一个构建基块,它可以针对头部进行扫掠或朝向 通过添加和减去一些其他运动神经元的摩擦的对侧腿 靶向更近端的电梯肌肉。前运动的解剖连接组 电路限制了有关电路功能的假设,导致意外发现 高度连接的节点,并指导未来的实验来测量神经元活动 和行为后果。

项目成果

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