哺乳動物的大腦如何進(jìn)化以分辨

這個世界充滿了數(shù)以百萬計的不同氣味，但哺乳動物的大腦如何進(jìn)化以分辨它們是一件神秘的事情。

現(xiàn)在，來自Salk研究所和加州大學(xué)圣地亞哥分校的兩位神經(jīng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，至少有六種類型的哺乳動物 - 從老鼠到貓 - 以大致相同的方式區(qū)分氣味，使用大腦中的物種進(jìn)化保存的電路。

7月份，Salk神經(jīng)生物學(xué)實驗室名譽(yù)教授，7月發(fā)表研究的合著者查爾斯史蒂文斯說：“這項研究可以深入了解可能適用于大腦其他部位和其他物種的哺乳動物嗅覺大腦回路的組織原理。” 2019年第18期“當(dāng)代生物學(xué)”。

簡而言之，該研究表明，每個物種的嗅覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三個組成部分的大小大致相同，從鼻子中的受體開始，將信號傳遞到大腦前方的神經(jīng)元簇。反過來，嗅球?qū)⑿盘杺鬟f到“更高功能”的區(qū)域，用于氣味識別，稱為梨狀皮層。

“這三個階段相互縮放，每個階段神經(jīng)元數(shù)量的關(guān)系在不同物種之間是相同的，”加州大學(xué)圣地亞哥分校Kavli腦與腦研究所的助理項目科學(xué)家Shyam Srinivasan說道，該論文的合著者。“所以，如果你告訴我鼻子里的神經(jīng)元數(shù)量，我可以預(yù)測梨狀皮質(zhì)或球狀體中的數(shù)量。”

目前的研究建立在2018年出版的同一個二人組的研究基礎(chǔ)之上，該研究描述了小鼠大腦如何使用所謂的“分布式電路”來處理和區(qū)分氣味。與視覺系統(tǒng)不同，例如，信息以有序的方式傳遞到視覺皮層的特定部位，研究人員發(fā)現(xiàn)，小鼠的嗅覺系統(tǒng)依賴于分布在梨狀皮質(zhì)上的連接組合。

在該論文之后，Stevens和Srinivasan試圖確定在小鼠中顯示的分布式神經(jīng)回路在其他哺乳動物中是否相似。對于目前的工作，研究人員分析了不同大小和類型的哺乳動物大腦。他們的計算以及過去幾年的先前研究被用于估計腦容量。Stevens和Srinivasan使用各種顯微鏡技術(shù)，讓他們可視化在嗅覺電路中形成突觸(連接)的不同類型的神經(jīng)元。

“我們無法計算每一個神經(jīng)元，所以我們做了一項調(diào)查，”Srinivasan說。“我們的想法是，您從不同的代表區(qū)域采集樣本，因此任何違規(guī)行為都會被捕獲。”

新的研究表明，連接嗅球(腎小球)的每個功能單元與梨狀皮層神經(jīng)元的平均突觸數(shù)量在物種間是不變的。

史蒂文斯說：“看到這些是如何保存的，這是非常了不起的。”

具體而言，個體氣味的識別與電路中的發(fā)射神經(jīng)元的強(qiáng)度和組合相關(guān)聯(lián)，可以將其比作鋼琴的音樂，其鋼琴的音符從多個按鍵的按下彈出以創(chuàng)建和弦，或者形成單詞的字母排列在本頁面。

“對氣味的歧視是基于射擊率，即沿神經(jīng)元軸突傳播的電脈沖，”Srinivasan說。“對于咖啡來說，一種氣味可能會引起神經(jīng)元的緩慢反應(yīng)，而同一神經(jīng)元可能會以更快的速度對巧克力產(chǎn)生反應(yīng)。”

標(biāo)簽：