中文摘要：

鸟类的定向与导航机制是近十年国际研究的热点之一，属于行为生态学、神经信息工程与仿生学等的前沿交叉研究内容。申请人在前期研究基础上，引入了生物微机电系统（BioMEMS）技术，重点在完全开放的自然环境中研究鸟类的定向与导航行为模式，解析其生理基础，并探索太阳罗盘、视觉导航、磁导航三者之间的关联关系。主要内容包括1）通过微GPS的应用明确鸟类于开放自然环境中的行为模式；2）运用组织解剖、电生理与免疫组化研究导航信号传导通路及其投射脑区；3）制备基于BioMEMS的高密度阵列电极、配套神经记录系统以及相关实验工具；4）自然环境中不同导航模式下鸟类空间认知神经机制。本项目旨在揭示鸟类定向与导机制及其生理基础，为保护动物和生态系统而进行人工诱导提供科学依据，为发展未知环境中的定位到导航新技术提供生物学启示,对促进学科交叉融合进而衍生新的研究方向具有重要价值。

结论摘要：

鸟类的迁徙与导航是行为生态学的重要研究内容之一。探索其内在机制对于保护动物和维护生态环境系统具有重要意义。近十年来，随着科学技术的不断发展，生物物理学、神经生理学、动物行为学、乃至信息科学等学科交叉领域的研究人员也纷纷涌入这一课题中，使鸟类定向与导航机制已成为国际前沿研究热点。本课题组也从多个角度对这一热点问题进行了较为深入的探索。首先引入了生物微机电系统（BioMEMS）技术，研制并开发了一系列针对完全开放的自然环境中和实验室中相对狭小环境中，探索鸟类的定向与导航行为相关的仪器和设备，进而为解析其运动状态下的电生理变化打下了良好的设备基础。其次通过利用自主开发的微GPS追踪系统精确的跟踪实验对象的运动轨迹，并结合实验结果改进了行为学测算方法，使得实验所得数据的分析更加方便且合理。目前国际上关于鸟类利用何种信息定向还未有一个明确的答案，但无论鸟类利用何种信息定向，这种表征方向和方位的信息都要传递到中枢神经系统进行整合加工。本课题组在筛选出显示家鸽脊髓、大脑神经元最佳的染色方法和对家鸽脊髓的一般结构特征进行验证性实验的基础上，初步探索了目前国际上得到承认最多的磁导航机制的可能神经中枢及其通路。通过给予家鸽不同强度永磁刺激，利用免疫组织化学技术，以Fos蛋白的表达为指标，观察磁刺激对家鸽脊髓、大脑神经元活动的影响及其作用途径，为家鸽导航生理机制的研究提供实验依据。研究结果提示，家鸽脊髓灰质神经元可能直接接受磁力线的作用，使其活动加强；胸部背磁诱发的家鸽大脑海马区、海马旁区的神经元的活动加强可能与脊髓上传的信息调制有关。