学术报告

作者与研究机构

该研究题为“The short neuropeptide f (sNPF) promotes the formation of appetitive visual memories in honey bees”（短神经肽f（sNPF）促进蜜蜂食性视觉记忆的形成），由 Louise Bestea 等七位作者共同完成。主要作者及其所属机构包括：Louise Bestea（法国图卢兹大学动物认知研究中心）、Emmanuelle Briard（法国里昂高等师范学院）、Julie Carcaud（巴黎-萨克雷大学）、Jean-Christophe Sandoz（法国国家科学研究中心）、Rodrigo Velarde（玻利维亚蜂研究学会）等。该论文发表于《Biology Letters》2022年2月，DOI为10.1098/rsbl.2021.0520。

研究背景

本研究隶属于行为学、认知科学和神经科学领域，旨在探讨蜂类（Apis mellifera）学习与记忆的神经调控机制。蜜蜂因其优异的学习能力和神经系统易于操作的特点，一直是动物认知研究的理想模型。在觅食时，蜜蜂能够学习并记忆与花蜜回报相关的感官线索，而其学习能力显著受饥饿与进食状态的影响。

研究背景中，短神经肽f（short neuropeptide f, sNPF）在无脊椎动物的食物相关行为中扮演重要角色，其作用类似于脊椎动物中的神经肽Y（NPY）。在蜜蜂中，sNPF的基因及其受体（sNPFR）已被识别，但其在学习与记忆过程中具体的调控功能仍然未知。与其他昆虫如果蝇和沙漠蝗虫的研究相比，当前关于蜂类学习与记忆的sNPF机制的研究较少，且存在一定的矛盾。因此，本研究聚焦于蜜蜂的视觉学习与记忆，通过提升sNPF水平，探讨其对颜色记忆的影响，以及背后隐藏的神经机制。

研究目标

本研究旨在揭示以下问题： 1. sNPF是否能够通过调节蜜蜂的动力水平（motivational state），促进其颜色学习与记忆的形成？ 2. 增加sNPF水平是否足以让部分饱食的蜜蜂在学习与记忆行为上表现出与饥饿蜜蜂相当甚至更好的效果？

研究流程

实验总体设计

研究采用多步骤实验流程，依次完成实验迁移、实验动物分组、药物处理、颜色差别视觉条件反射实验及数据分析，具体如下：

1. 前期训练与实验装置

   • 使用距离实验室50米的蜂巢作为蜜蜂来源，训练带标记的自由飞行采集蜂访问装置内的人工饲喂器。
   • 实验装置定义为PVC材质的Y字形迷宫，内部有选择区域和两侧臂，每臂置有颜色目标卡（黄色或蓝色），通过滑动门隔离每次选择。

2. 样本分组与药物处理

   • 研究对象为前期训练后通过筛选的蜜蜂。所有蜜蜂分为5组，包括饥饿组（未喂食）、部分饱食组（p-fed组，包括sNPF处理的两个不同剂量组p-fed snpf1和p-fed snpf10，以及溶剂对照组p-fed solvent）。饲喂和药物处理通过冰麻和局部涂抹完成，分量严格控制。

3. 颜色条件反射实验

   • 每只蜜蜂经过10轮试验，通过在Y迷宫中选择颜色目标卡上的奖励（花蜜水或纯水）完成学习。实验控制随机交替奖励颜色分布位置，每次选择后将蜜蜂置回起点开始下一轮。

4. 记忆测试

   • 学习结束后1小时，通过两次非增强化的记忆测试考察条件反射的保留水平。为避免记忆灭却，在两次记忆测试间插入两轮重新奖励试验。

5. 数据分析

   • 数据分析涵盖学习曲线、选择正确率、响应速度（Latency）和累计学习分数等指标，采用广义线性模型（GLM）、线性混合模型（LMM）、Tukey事后检验及Kolmogorov-Smirnov检验对实验数据及组间差异进行统计。

研究结果

1. 学习阶段结果 共有5组蜜蜂参试，学习曲线分析显示，仅10 µg/µl sNPF高剂量处理组（p-fed snpf10）展示了显著的颜色记忆效果，特别是在奖励目标为黄色时，其正确选择率显著高于随机水平（P < 0.01）。其他处理组，包括饥饿组及低剂量sNPF组，未表现出显著稳定的学习效果。

2. 记忆测试结果 在无奖励记忆测试中： - 饥饿组对黄色目标（高显著度颜色）的记忆显著（P < 0.05），但对蓝色目标的记忆效果弱。 - 部分饱食高剂量sNPF组（p-fed snpf10）在黄色目标和蓝色目标的记忆测试中均表现出显著保留效果（黄色P < 0.01；蓝色第2次测试P = 0.02），甚至超越饥饿组。

3. 动机状态与学习记忆的关系 结果进一步表明，低显著度颜色（蓝色）条件下，学习和记忆的提升尤为依赖sNPF高剂量的存在。这表明sNPF通过影响动机水平（appetitive motivation）能够逆转蜜蜂在低动机状态下的学习受限。

研究结论

研究得出以下主要结论： 1. 短神经肽f（sNPF）在蜜蜂的动力调控和感知注意（尤其是食性相关线索）上起到重要作用。 2. 通过提升部分饱食蜜蜂体内的sNPF水平，能够显著促进视觉学习及记忆形成，即便在刺激显著性较弱的实验条件下依然有效。 3. sNPF的高剂量作用超越了饥饿状态的增强效果，表明其对认知过程的强力调节作用。

研究意义与亮点

1. 科学价值：该研究首次详细揭示了sNPF在蜜蜂认知行为中的关键作用，为理解无脊椎动物学习机制及神经肽调控提供了新视角。
2. 应用价值：研究为改善蜂类人工饲养及视听行为研究提供了潜在应用背景，例如优化蜂群觅食行为和提高授粉效率。
3. 研究亮点：突破性发现sNPF的剂量依赖性调节作用、对低显著度刺激的记忆增强效果，及特异性实验方法（如局部涂抹技术）的成功应用。

总结

本文通过实验验证sNPF在蜜蜂学习记忆中的关键作用，强调了神经肽对食性动机与高阶认知功能的一体化控制。这项研究为更广泛的动物认知模型研究和神经调控领域提供了重要的理论和实验基础，同时也强化了蜜蜂作为研究认知科学及神经生物学典范的重要地位。