果蝇怎么知道自己面朝哪边

学生看到：一圈神经元用一小块活动来表示果蝇的朝向，而来自环形神经元的抑制让这块活动稳在原位。

有一块全班都能看到的屏幕会更方便，但不是必需的：投影仪、电视或电脑屏幕都可以。学生需要任何一台能上网的设备，最好每两人一台：笔记本电脑、平板或手机都可以。不用安装任何东西，也不用注册账号。每一课开头都有一段简短的说明，教学生怎样看懂屏幕；每个科学术语都可以点开看解释。

兴奋与抑制

三节课里最清楚的例子。转向神经元让罗盘兴奋，推着亮斑移动；环形神经元抑制罗盘，让亮斑稳住不动。

突触与神经递质

据预测，环形神经元释放GABA，这是一种起抑制作用的递质。罗盘神经元和转向神经元释放乙酰胆碱，起兴奋作用。

网络的结构怎样决定行为

罗盘神经元连成一个环，正是这种形状，让一块亮斑就能代表一个方向。

1. 5分钟

   导入问题

   提问：“闭上眼睛，原地转一圈。你怎么还知道自己面朝哪边？”然后告诉学生：果蝇靠一小圈细胞做到这一点，接下来全班就要去推一推这些细胞。

2. 10分钟

   用“演示给我看”做示范

   用课堂模式把课程显示在全班都能看到的屏幕上（投影仪、电视或电脑屏幕），点“演示给我看”。演示每走一步，就把那一步的文字念出来。没有共用屏幕时，学生可以在自己的设备上打开同样的演示。演示会停在本课的问题上：先不要公布答案。

3. 20分钟

   学生自主探究

   学生两人一组，用自己的设备，对照学习单操作。每次点按之前先写下预测，然后完成课程、回答课程里的问题，再试试自由探索。

4. 10分钟

   讨论

   收集各组对本课问题的回答，再用下面的讨论题展开讨论。最后说一说这个模型省略了什么。

德罗尔朝着一道透光的缝隙飞去，一阵穿堂风把他吹偏了，他又调整回原来的航线。故事引出了本课的问题：大脑怎么知道身体面朝哪边？

每一课都以一段关于果蝇德罗尔的短漫画开头。可以把每一格念给学生听，也可以让学生自己读，大约需要一分钟。漫画的最后一格会在任务完成的画面上再次出现。

把课程投到屏幕上。在四个级别的每一级都停一下，先提出这一级的问题，再继续放大。点级别按钮可以跳到任意一级；在课程的任何时候，点放大镜按钮都能重新打开逐级放大。

1. 果蝇

   果蝇没有地图，也没有GPS。它可以靠什么保持直线飞行？

2. 大脑

   这里面的罗盘，需要听取哪些感官的信息？

3. 回路

   这些细胞排成一个环。为什么环形可能很适合用来做罗盘？

4. 神经元

   这是一个朝向细胞。如果它放电了，你觉得它在说果蝇面朝哪边？

身体和大脑来自两只不同的果蝇，这里按真实大小放在一起显示。请把这一点告诉学生。

在“沉默”这一步之前，学生要选出自己认为会发生的事。先让全班举手表态。这里不计分，猜错了也没有任何损失。

1. 第1步

   点“刺激”，让左侧的转向神经元（转向信号）放电。然后看着罗盘。

   环的一侧亮起一小块绿色的罗盘神经元，罗盘的指针也指向它。这一小块就是亮斑。

2. 第2步

   现在点“刺激”，这次换成右侧的转向神经元（另一路信号）。眼睛盯紧亮斑。

   亮斑沿着罗盘移动。两路转向信号把它往相反的方向推。

3. 第3步

   让环形神经元（地标快递员）沉默。它们负责把果蝇看到的东西送进来。我们会替你让右侧的转向信号放电。

   紫色的环形神经元关掉之后，同样的信号却让亮斑四处游荡，停不到一个位置上。

4. 第4步

   再点一下环形神经元（地标快递员）的按钮，把它们重新开启。我们会发送同样的转向信号。

   亮斑又稳在原位了。把罗盘和上一步比一比。

你让地标快递员（紫色细胞）沉默了。为什么亮斑会漂移？

正确选项: 没有谁告诉罗盘地标在哪里，所以亮斑滑走了。

没有东西告诉罗盘地标在哪里，所以也就没有东西把亮斑固定在原位。转向信号其实到了，因为绿色细胞亮了；缺的是一个“锚”，而不是输入。对高年级学生可以补充：在这个模型里，这个锚就是环形神经元的抑制。

1. 对负责记住方向的细胞来说，为什么环是一种好形状？
2. 环形神经元不是让别的细胞兴奋，而是让它们安静下来。把细胞关掉，怎么反而能让网络工作得更好？
3. 人在黑暗或大雾里也会迷失方向。这和“沉默”那一步有什么共同点？

• 学生可能会认为： 果蝇有一个磁罗盘，就像手机里的那种。

  怎样纠正： 这个罗盘是一种活动模式，果蝇根据自己的转动和看到的东西来更新它。这个回路里没有任何东西能感应磁场。

• 学生可能会认为： 活跃的细胞越多，信号就越好。

  怎样纠正： 比较最后两步：去掉抑制之后，罗盘反而变差了。抑制是回路正常工作的一部分。

• 学生可能会认为： 亮斑是一个在大脑里移动的东西。

  怎样纠正： 没有任何细胞在移动。相邻的细胞轮流活跃，就像体育场看台上的人浪。

完整清单（附数字）

转向神经元.

果蝇转身时放电的神经细胞，它们推着亮斑沿罗盘移动。科学家叫它们P-EN2神经元。

罗盘神经元.

排成一圈的神经细胞，负责记住果蝇面朝哪边。科学家叫它们E-PG神经元。

活动亮斑.

罗盘神经元中正在活跃的那一小片。它在环上的位置，表示果蝇面朝哪边。

环形神经元.

把果蝇看到的东西（比如地标）送给罗盘的神经细胞。它们让罗盘神经元安静下来，亮斑才能稳在原位。

地标.

果蝇看得见、位置又固定不动的东西，比如太阳或一棵树。果蝇靠它稳住自己的方向感。

前脑桥.

果蝇大脑里一个长条形的部分。罗盘神经元和转向神经元都从这里穿过。

这一部分还没有填写。与官方生物课程标准的对应关系，正在和生物教师一起确认。