大脑用简单的代码编码复杂的气味

在现实世界中，气味一次不会发生一个泡芙。动物通过，随后扭曲，随后垂直漂移，随着风调分散它们而变化方向的气味分子。现在，通过探索动物嗅到自然条件下的气味，洛克菲勒大学科学家玛丽亚内蒙古·贝弗和她的同事揭示了大脑编码这些旋流，以及使用令人惊讶的小神经机械对这些旋流进行复杂的分子模式。研究结果表明了动物闻到的新理论。

在他们的工作中，将于2月26日出现神经元，洛克菲勒的物理与生物学中心的研究员Geffen分析了蝗虫的大脑活动，因为它们闻到通过释放异味分子而产生不同的持续时间和不同间隔产生的不同气味的羽毛 - 不在节奏状的脉冲中通常在气味研究中完成。“在他们的栖息地，动物没有奢侈的味道一秒钟，然后试图弄清楚它是什么，”Geffen说。“他们正在获得这种变化的信号。那么嗅觉系统如何编码该信号的动态？”

结果，事实证明，令人惊讶的简单。

当来自哈佛大学和加利福尼亚州的同事最初看着嗅觉系统如何回应，结果看起来令人生畏。尽管响应于每种气味激活了小于人群的神经元，但活化的模式与神经元到神经元不同。考虑，Geffen说，每个神经元都是闪光灯的源泉。如果神经元群体都开始闪烁，则每个神经元似乎相对于彼此以狂热和不协调的方式闪烁。很难设想一组协调这种复杂活动的规则。但是，通过观察神经元人口如何运作，林根和她的同事发现这些巨大的反应可以通过一个非常简单的模型来解释。

“由于我们知道确定这些神经元的行为的规则，我们现在可以创建一个可以预测蝗虫嗅觉系统中的网络正在进行的模型，”Geffen说。“如此基本上，这种模式以非常稀疏的方式总结了这些神经元如何共同处理我们每天遇到的复杂气味信号。它在最优雅的演变。”

Geffen发现，她的模型不仅可以从气味分子的序列中预测神经元的烧制模式，但它也可以做出反向：预测来自神经元的烧制模式的气味的时间序列。如果使用一个神经元的Geffen，该模型可以预测10％的准确度的气味的时间课程。如果它们使用了两个神经元，则准确性跃升至97％。“经过两次，没关系，”Geffen说。“这意味着什么，即使有这些响应，个体神经元几乎保持了关于气味精确时间动态的完整信息。”

这项工作建立了两个关于动物如何编码嗅觉的理论。虽然一个理论认为神经元的子集随身携带有关不同气味的信息，但另一个认为大脑通过大量神经元的烧制模式识别不同的气味。“这项研究提供的是稀疏解决方案，合并这两个假设，”Geffen说。“我们所说的是，一旦你知道哪个神经元看看，这些神经元的时间何时何时响应气味是大脑如何编码嗅觉。”

资料来源：洛克菲勒大学

---

---