如所示的染色一部分的大脑, 以绿色、棕红色和白色揭示梨状皮质的层以及蓝色的大脑的其它细胞。Credit: Salk Institute
你能从丁香的香味中分辨出玫瑰的香味吗？如果能, 你要感谢你的大脑的梨状皮层。与大脑的许多部分相比, 梨状皮质------让动物和人类处理有关气味的信息------看起来像一个神经元细胞之间的连接的杂乱丛一样。现在, 索尔克研究所的研究人员已经阐明了梨状皮质的随机性怎样对大脑如何区分相似的气味之间是至关重要的。
索尔克的分子神经生物学实验室杰出名誉教授和这个新工作的合著者查尔斯史蒂文斯说，"标准范式是大脑中的信息被哪个细胞是活跃的编码, 但对嗅觉系统真实不是这样，在嗅觉系统中, 原来是不是哪个细胞处于活跃状态的, 而是有多少细胞是活跃的和它们有多活跃"。
除了更好的理解气味怎样被处理,发表在2018年7月17日《比较神经病学》杂志上的新研究也可能导致更多的大脑的某些部分怎样组织信息的洞察。
当气味分子------任何给出气味的签名------绑定到一个人鼻子中的受体时, 这个信号被传递到嗅球, 并从那里传递到梨状皮层。在其他感官系统中------像视觉系统------信息随它在大脑中移动保持严格的秩序,。例如, 眼睛的特定部分总是将信息传送到视觉皮层的特定部分。但研究人员早就知道这个顺序在梨状皮质中是缺失的。
共同作者加利福尼亚圣地亚哥大学的卡弗里大脑和思维研究所的助理项目科学家锡亚姆斯里尼瓦桑说，"我们一直不能在任何物种的梨状皮质连接中辨别任何顺序，任何给定的气味都能点亮大约10% 的似乎分散在梨状皮质上的神经元 "。
要开始研究梨状皮质怎样编码气味信息的细节以及是否它的连接真的是随机的, 史蒂文斯和斯里尼瓦桑使用各种让他们可视化大脑区域中不同细胞类型的染色和显微技术分析了九只老鼠的梨状皮层。他们的第一个目标是来量化梨状皮层细胞的数量和密度。
研究人员从左: 查尔斯史蒂文斯和锡亚姆斯里尼瓦桑 Credit: Salk Institute
斯里尼瓦桑解释道，"这真的很像一项调查，我们计数了不同代表性区域的细胞, 并将其平均分布在整个区域"。
他们得出小鼠梨状皮质中大约有50万个神经元的结论,等量的分在更大、不太密的后梨状和更小、更致密的前梨状之间。
使用这个关于密度和神经元数目的初始信息, 以及来自以前关于嗅球中神经元数量的知识以及有多少神经元连接------或突触------将嗅球连接到梨状皮层的研究, 这两名研究人员能够得出一个令人惊讶的发现: 嗅球中的每个神经元被连接到几乎梨状皮层中的每一个神经元。
史蒂文斯说，"梨状中的每个细胞本质上正在从有的每一个气味受体获得信息,没有一个' 咖啡气味'的神经元, 而是一大堆遍布整个地方的咖啡细胞神经元"。他解释说,不是一个单一的受体检测一种气味并点亮一组告密的神经元, 而是每一种气味有一个基于这种连接的力度的指纹------虽然咖啡的气味可能激活几乎梨状皮层中相同的神经元为巧克力的气味, 但它们将激活每个神经元到一个不同的度。
斯里尼瓦桑说， "这个系统的一个优点是它能编码非常复杂的信息，这也使它对噪音非常强健。如果一个神经元发送一个"噪音" 信号------比它应该是的更强或更弱激活------噪音被许多其它神经元发送的同步的、更准确的信号抵消"。
研究人员希望在其它动物身上重复这项工作来看相似性和差异在的地方。他们还感兴趣于探究大脑的其它早就被认为是由看似随机的连接主宰的区域来看看它们是否以同样的方式被组织的。
史蒂文斯和斯里尼瓦桑他们也有一篇7月13日在《神经科学》杂志上发表的由加利福尼亚迭戈分校卡弗里大脑和思维研究所和国家科学基金会资助的关于使用果蝇嗅觉学习回路来改善深层学习算法的目前收获的论文。
进一步探索: 一朵玫瑰是一朵玫瑰是一朵玫瑰: 数学模型解释两个大脑怎样在气味上一致
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