时间细胞的发现揭示了鼻子驱动行动的奇怪方式

知新了了 2024-02-07 16:49:44

从嗅出疾病和爆炸物,到一些聪明的动物和恐龙适应生活,鼻子及其广泛的嗅觉功能是许多动物感觉系统的重要组成部分,尽管有些被低估了。

现在,科学家们认为,气味对我们行为的影响可能比以前认为的要大。科罗拉多大学安舒茨医学院(CU Anschutz)的研究人员发现,某些气味会刺激特定的脑细胞,从而引发对它们的快速身体反应。

在对老鼠的研究中,研究人员将重点放在了大脑的海马体区域,该区域在学习、记忆和情感中起着至关重要的作用。他们特别感兴趣的是时间细胞,即负责记忆的时间组织的神经元,以及它们在关联学习中可能扮演的角色。

他们让动物可以选择对水果味做出反应,这会给它们带来一股可舔的糖水,或者对水龙头发出的矿物质味做出反应,但没有任何奖励。

第一作者、医学院细胞与发育生物学高级讲师马明(音译)说:“他们必须将气味与所做事情的结果联系起来,这就是他们学习决策的原因。当气味是水果味时,它们会舔并得到奖励。当气味是矿物油时,它们就不再舔了。”

虽然这种奖励刺激的行为实验并不是什么新鲜事,但小鼠对有利刺激的反应越来越快,这引起了研究人员的兴趣。他们发现,当需要根据可能提供奖励或积极结果的气味做出快速决定时,一组特定的、以前未知的时间细胞会迅速行动起来。

该研究的第一作者之一、医学院助理研究教授法比奥·西蒙斯·德·索萨(Fabio Simoes de Souza)说:“它们学得越多,细胞受到的刺激就越多,从而更快地解码气味,使老鼠能够迅速熟练地选择水果的气味。”

科学家们发现,当他们观察金字塔层(SP)或海马体主要细胞层中的单个细胞,如何对刺激做出不同的反应时,他们发现,在气味暴露后,快速决策发生在不同的时间。

从本质上讲,当气味沿着鼻子向上传播时,神经信号会沿着嗅球和海马体发出,“决策预测”时间细胞会启动,根据之前被认为更被动地存储在该区域的记忆来加速“去/不去”的选择。有趣的是,这些细胞并不是对每种气味都兴奋起来,研究小组认为这可能是一种自由支配的功能,可以避免整个感觉系统过载。

该研究的资深作者、神经科学家、医学院教授迭戈·雷斯特雷波(Diego Restrepo)说:“这些细胞会提醒你做出决定 —— 做这个还是做那个。海马体启动决策预测时间细胞,这会给你一个记住什么的提示。”

在这一发现之前,研究人员并不知道海马体中有任何决策细胞。虽然是在老鼠身上发现的,但研究小组希望在人类身上也能复制这种生理和功能。因此,这是一个令人着迷的见解,揭示了嗅觉的多面性,以及“跟着鼻子走”这句话可能更适用于神经元而不是本能。

迭戈·雷斯特雷波教授表示:“在过去,时间细胞被认为只是提醒你事件和时间。在这里,我们看到记忆编码在神经元中,然后在做出决定时立即被检索出来。”他补充说。“海马体在进行多任务处理。”

这项研究发表在《当代生物学》杂志上。

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