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Nature volume 619, páginas 563–571 (2023)Cite este artigo
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Embora tenha havido progresso na identificação de sinais neurais relacionados a decisões rápidas e informadas1,2,3, menos se sabe sobre como o cérebro guia e finaliza decisões mais etologicamente relevantes, nas quais o próprio comportamento de um animal governa as opções experimentadas ao longo de minutos4,5, 6. Drosophila procura por muitos segundos a minutos locais de postura de ovos com alto valor relativo7,8 e possui neurônios, chamados oviDNs, cuja atividade preenche critérios de necessidade e suficiência para iniciar o programa motor de deposição de ovos9. Aqui mostramos que os oviDNs expressam um sinal de cálcio que (1) diminui quando um óvulo é preparado internamente (ovulação), (2) sobe e desce ao longo de segundos a minutos - de uma maneira influenciada pelo valor relativo dos substratos - como uma mosca. determina se deve pôr um ovo e (3) atinge um nível de pico consistente pouco antes do abdômen dobrar para a deposição do ovo. Este sinal é aparente nos corpos celulares dos oviDNs no cérebro e provavelmente reflete um processo de subida ao limiar comportamentalmente relevante no cordão nervoso ventral, onde os terminais sinápticos dos oviDNs estão localizados e onde sua saída pode influenciar o comportamento. Fornecemos evidências perturbacionais de que o programa motor de deposição de ovos é iniciado quando esse processo atinge um limite e que a variação subliminar nesse processo regula o tempo gasto considerando as opções e, em última análise, a escolha tomada. Finalmente, identificamos um pequeno circuito recorrente que alimenta os oviDNs e mostramos que a atividade em cada um dos seus tipos de células constituintes é necessária para a postura de um ovo. Esses resultados argumentam que um processo de subida ao limite regula uma decisão de valor relativo e individualizada e fornece uma visão inicial sobre o mecanismo de circuito subjacente para a construção desse processo.
A seleção do local de postura dos ovos é crítica para a sobrevivência da progênie de uma mosca10. Como tal, a Drosophila procura um substrato de alta qualidade durante muitos segundos a minutos antes de depositar cada ovo individual7,8. As preferências de postura de ovos para muitos substratos diferentes foram documentadas, mas não se sabe como os sinais neurais relacionados à decisão evoluem em tempo real para orientar o processo de seleção do local e para gerar essas preferências.
Gravamos vídeos de Drosophila grávida em uma pequena câmara com piso de substrato macio e caracterizamos uma sequência comportamental para postura de ovos (ver Tabelas Suplementares 1 e 2 para genótipos e condições em todos os experimentos). A sequência de seis passos começa com a mosca parada e realizando um alongamento do abdômen (etapa 1) seguido de um abdome (etapa 2) (Fig. 1a). A mosca então aumenta sua velocidade locomotora durante um período de busca (etapa 3) e, finalmente, realiza uma flexão de abdômen para deposição de ovos (etapa 4), deposita um ovo (etapa 5) e realiza uma segunda flexão de abdômen (etapa 6), provavelmente para limpeza do ovipositor.
a, Sequência comportamental de postura de ovos. b, ovo expressando GCaMP3 no corpo. As etapas correspondem a a. As inserções mostram close-ups, com pixels super/subsaturados em vermelho/azul; os painéis principais mostram pixels super/subsaturados em branco/preto. c, Progressão comportamental. As linhas conectam sequências únicas de postura de ovos. d, Esquema da roda. e, OviDNb único traçado a partir de imagens de microscopia óptica. A seta azul indica soma no cérebro, a seta verde indica saídas no gânglio abdominal. f, somas oviDN no lado direito do cérebro marcados por oviDN-SS1. g, oviDN ∆F/F e comportamento durante a postura de dois ovos pela mesma mosca. ∆F/F é suavizado com um filtro de vagão de 2 s. As imagens são projeções z de fatias de imagem selecionadas, com rótulos referentes a oviDNa e oviDNb (oviDNa é parcialmente obscurecido por oviDNb). h, OviDNb médio populacional ∆F/F alinhado ao final da curva abdominal para postura de ovos. O sombreamento cinza claro representa ±sem por toda parte; 43 traços de imagem de 41 eventos de postura de ovos associados a nove células em oito moscas. O número de traços excede o número de eventos de postura de ovos porque, para dois ovos, visualizamos oviDNb em ambos os lados do cérebro. Eventos comportamentais mostrados abaixo. i, Esquema da curvatura do abdômen. θ denota 'ângulo do corpo' e comprimento é a distância pescoço-ovipositor. j – l, média do oviDN ∆F/F e comportamento alinhado aos eventos em h: 'início da ovulação' (j), 'início da busca' (k) e conclusão da curvatura do abdômen (l). 'Comprimento normalizado' é o comprimento dado em i dividido por sua mediana (Métodos). Setas mais curtas e mais grossas indicam quando a curvatura do abdômen para deposição dos ovos está completa. Uma curva subsequente (mais forte) é, presumivelmente, para limpar o ovipositor. m, oviDN ∆F/F durante eventos individuais de postura de ovos, suavizados com um filtro de vagão de 5 s. Linha preta, quer dizer. n, OviDN médio ∆F/F durante a postura de ovos para todas as sete moscas que colocaram três ou mais ovos, suavizados com um filtro de vagão de 5 s. Uma única mosca GCaMP7b é mostrada em cinza. NP, Projeto Nippon; Avenida, média; 2-p, dois fótons; Éfis, eletrofisiologia; Máx., máximo.