哺乳動物的大腦是如何進化以區分氣味的
貓嗅到的花（儲蓄圖象）。
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這個世界充滿了數以百萬計的不同氣味，但哺乳動物的大腦如何進化以分辨它們是一件神秘的事情。
現在，來自Salk研究所和加州大學聖地亞哥分校的兩位神經科學家發現，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分氣味，使用大腦中的物種進化保存的電路。
7月份，Salk神經生物學實驗室名譽教授，7月發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於大腦其他部位和其他物種的哺乳動物嗅覺大腦迴路的組織原理。」 2019年第18期「 當代生物學」。
簡而言之，該研究表明，每個物種的嗅覺神經網路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元簇。反過來，嗅球將信號傳遞到「更高功能」的區域，用於氣味識別，稱為梨狀皮層。
「這三個階段相互縮放，每個階段神經元數量的關係在不同物種之間是相同的，」加州大學聖地亞哥分校Kavli腦與腦研究所的助理項目科學家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元數量，我可以預測梨狀皮質或球狀體中的數量。」
目前的研究建立在2018年出版的同一個二人組的研究基礎之上，該研究描述了小鼠大腦如何使用所謂的「分散式電路」來處理和區分氣味。與視覺系統不同，例如，信息以有序的方式傳遞到視覺皮層的特定部位，研究人員發現，小鼠的嗅覺系統依賴於分布在梨狀皮質上的連接組合。
在該論文之後，Stevens和Srinivasan試圖確定在小鼠中顯示的分散式神經迴路在其他哺乳動物中是否相似。對於目前的工作，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於估計腦容量。Stevens和Srinivasan使用各種顯微鏡技術，讓他們可視化在嗅覺電路中形成突觸（連接）的不同類型的神經元。
「我們無法計算每一個神經元，所以我們做了一項調查，」Srinivasan說。「我們的想法是，您從不同的代表區域採集樣本，因此任何違規行為都會被捕獲。」
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元的平均突觸數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射神經元的強度和組合相關聯，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。
「對氣味的歧視是基於射擊率，即沿神經元軸突傳播的電脈衝，」Srinivasan說。「對於咖啡來說，一種氣味可能會引起神經元的緩慢反應，而同一神經元可能會以更快的速度對巧克力產生反應。」
這個用於嗅覺的代碼與大腦的其他部分不同。
「我們發現連接參數和嗅覺迴路不同階段之間的關係在哺乳動物中是保守的，這表明進化已經使用相同的設計來跨越物種，但只是改變了大小以適應動物的環境利基，」史蒂文斯說。
在未來，史蒂文斯計劃研究大腦的其他區域尋找其他分散式電路，其功能基於本研究中發現的類似編碼。
Srinivasan說他將關注氣味編碼中的噪音或變異如何決定歧視與學習之間的平衡，並解釋二人在工作中發現的變化可能是區分氣味的機制，可用於改善機器學習或AI系統。
（來源：索爾克研究所）
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