你能分辨玫瑰和丁香的香味嗎?如果是這樣，你要感謝大腦的梨狀皮質(zhì)。與大腦的許多部分相比，梨狀皮質(zhì)——讓動(dòng)物和人類處理有關(guān)嗅覺(jué)的信息——看起來(lái)就像一團(tuán)雜亂的神經(jīng)元細(xì)胞之間的連接。現(xiàn)在，索爾克研究所的研究人員已經(jīng)闡明，梨狀皮質(zhì)的隨機(jī)性實(shí)際上對(duì)大腦如何區(qū)分類似氣味至關(guān)重要。

索爾克分子神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室榮譽(yù)退休教授、這項(xiàng)新研究的合著者查爾斯•史蒂文斯(Charles Stevens)表示:“標(biāo)準(zhǔn)的范式是，大腦中的信息是由活躍的細(xì)胞編碼的，但嗅覺(jué)系統(tǒng)并非如此。”“在嗅覺(jué)系統(tǒng)中，問(wèn)題不在于哪些細(xì)胞是活躍的，而在于有多少細(xì)胞是活躍的，以及它們有多活躍。”

這項(xiàng)于2018年7月17日發(fā)表在《比較神經(jīng)學(xué)雜志》(Journal of Comparative Neurology)上的新研究，除了能更好地理解氣味是如何處理的，還能讓我們更深入地了解大腦的某些部分是如何組織信息的。

當(dāng)氣味分子——任何一種特定氣味的特征——與人鼻子中的受體結(jié)合時(shí)，信號(hào)就會(huì)傳遞到嗅球，然后從嗅球傳到梨狀皮質(zhì)。在其他的感覺(jué)系統(tǒng)中，比如視覺(jué)系統(tǒng)，信息在通過(guò)大腦時(shí)保持著嚴(yán)格的順序。例如，眼睛的特定部位總是將信息傳遞給視覺(jué)皮層的特定部位。但研究人員早就知道，這個(gè)順序在梨狀皮質(zhì)中缺失。

加州大學(xué)圣地亞哥分校Kavli大腦與心智研究所的助理項(xiàng)目科學(xué)家希亞姆·斯里尼瓦桑(Shyam Srinivasan)是該研究的共同作者之一。“任何特定的氣味都會(huì)激活大約10%的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元似乎分布在梨狀皮質(zhì)的各個(gè)部位。”

為了弄清楚梨狀皮質(zhì)是如何編碼氣味信息的，以及它們之間的聯(lián)系是否真的是隨機(jī)的，斯蒂文斯和斯里尼瓦桑利用各種染色和顯微鏡技術(shù)分析了9只老鼠的梨狀皮質(zhì)，這些技術(shù)可以讓他們看到大腦區(qū)域中不同的細(xì)胞類型。他們的第一個(gè)目標(biāo)是量化梨狀皮質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量和密度。

“這真的像是一項(xiàng)調(diào)查，”斯里尼瓦桑解釋說(shuō)。“我們對(duì)不同代表性區(qū)域的細(xì)胞進(jìn)行了計(jì)數(shù)，并對(duì)整個(gè)區(qū)域的細(xì)胞進(jìn)行了平均。”

他們的結(jié)論是，老鼠的梨狀皮質(zhì)中大約有50萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，它們平均分布在較大但密度較小的后梨狀皮質(zhì)和較小但密度較大的前梨狀皮質(zhì)之間。

使用這個(gè)初始神經(jīng)元密度和數(shù)量的信息,從先前的研究以及知識(shí)在嗅球神經(jīng)元的數(shù)量和多少神經(jīng)元連接或梨狀皮層synapses-connect嗅球,兩人的研究能夠得出一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn):每個(gè)神經(jīng)元在嗅球連接到幾乎每一個(gè)梨狀皮層的神經(jīng)元。

史蒂文斯說(shuō):“梨狀核中的每個(gè)細(xì)胞基本上都從每個(gè)氣味受體那里獲取信息。”“不是一個(gè)‘咖啡氣味’神經(jīng)元，而是一大堆咖啡細(xì)胞神經(jīng)元。””,而不是一個(gè)受體檢測(cè)一個(gè)氣味和照明的神經(jīng)元集群之一,他解釋說(shuō),每個(gè)氣味指紋的基于強(qiáng)度connections-while咖啡的味道可能激活幾乎一樣的梨狀皮層神經(jīng)元巧克力的氣味,他們會(huì)激活每個(gè)神經(jīng)元在不同程度上。

“這個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它可以編碼非常復(fù)雜的信息，”斯里尼瓦桑說(shuō)。“這也使得它對(duì)噪音非常敏感。”如果一個(gè)神經(jīng)元發(fā)出了一個(gè)“噪聲”信號(hào)——比它應(yīng)該發(fā)出的信號(hào)強(qiáng)或弱——那么這個(gè)噪聲就會(huì)被同時(shí)發(fā)出更準(zhǔn)確信號(hào)的許多其他神經(jīng)元抵消掉。

研究人員想要在其他動(dòng)物身上重復(fù)這項(xiàng)工作，看看相似和不同之處在哪里。他們還對(duì)大腦其他區(qū)域的研究感興趣，這些區(qū)域長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是由看似隨機(jī)的連接控制的，以觀察它們是否以同樣的方式組織起來(lái)。

史蒂文斯和Srinivasan也在《神經(jīng)科學(xué)雜志》上的一篇論文出來(lái)7月13日使用果蠅嗅覺(jué)學(xué)習(xí)電路來(lái)改善當(dāng)前的深度學(xué)習(xí)算法,是由大腦和思維研究所Kavli加州大學(xué)圣地亞哥分校和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)。