eLife：大脑如何区分好气味与坏气味？

最近，德国马克斯普朗克化学生态学研究所的科学家发现，在果蝇中，气味的质量和强度可被定位在所谓的侧角（lateral horn），表明侧角的功能类似于脊椎动物大脑中的杏仁核。杏仁核在感觉印象和危险的评估中起着至关重要的作用，侧角也可能如此。相关研究结果发表在最近的《eLife》杂志。

　　

生物通报道：气味是令人愉悦的还是让人恶心的，这不仅仅是一个口味的问题。通常，一个生物体的生存，取决于它能否做出这样的辨别，因为气味可以提供关于食物来源、产卵地或合适伴侣的重要信息。然而，气味源也可能是致命危险的迹象。

最近，德国马克斯普朗克化学生态学研究所的科学家发现，在果蝇中，气味的质量和强度可被定位在所谓的侧角（lateral horn）。他们创建了果蝇大脑中这部分嗅觉处理系统的空间图，表明侧角可以分为三个活性区域，其中每一个区域代表一种气味类别。这些气味类别包括，好与坏，强与弱。这些分类对于果蝇的行为有着直接的影响，从而表明侧角的功能类似于脊椎动物大脑中的杏仁核。杏仁核在感觉印象和危险的评估中起着至关重要的作用，侧角也可能如此。相关研究结果发表在最近的《eLife》杂志。

为了生存，生物体必须能够感觉自己所处环境的信息，相应地调整自己的行为。动物用自己的感官——如视觉和嗅觉，来感知周围的视觉线索或气味，并处理和评估通过这些感觉发送到大脑的信息。它们必须能辨别气味的好与坏。当动物寻找食物或交配对象时，好气味是重要的信号。雌性昆虫也用嗅觉信号，来选择一个好的产卵地点。另一方面，难闻的气味可以指示危险，例如腐烂和有毒的食物。

现代的功能成像方法表明，这些感官知觉会在大脑产生一定的反应模式：根据处理后的信息，特定的大脑区域被激活。如果一种气味被评为令人愉快或令人厌恶，这种分类方法被称为“享乐价”。果蝇研究显示，气味的特点，可以根据享乐价的规模进行表征，气味强度可唤起大脑一个更高区域（即侧角）的活性。根据气味被分类为好还是坏、强还是弱，大脑的活动在侧角的空间隔离区是明显可见的。

BMBF Research Group 负责人Silke Sachse总结道：“我们惊奇地发现，侧角——像触角神经叶（即昆虫的嗅球）一样大的脑区，可以被分成仅仅三个活动区域，而触角叶由大约50个功能单元组成。我们的研究结果表明，高级脑代表气味的类别，即好与坏的气味，而不是一种气味的特性，这表现在一个较低的加工阶段，例如天线和触角叶。”

像许多其他感官网络一样，果蝇的嗅觉回路包括到高级脑（包含兴奋性和抑制性投射神经元）的空间不同的通路。投射神经元是把感觉信号传送给神经系统其他区域的神经细胞。值得注意的是，在这项研究中检测到的抑制性投射，把来自触角神经叶（第一个处理中心）的嗅觉信息，只传送到侧角，并绕开蕈形体——学习和记忆的中心。抑制性投射神经元可以被细分为两种形态：第一种处理关于一种气味是有吸引力还是令人厌恶的信息，第二种处理关于气味强度的信息。为了测试这些神经元的功能，科学家们研究了一种果蝇，它们的这些神经元被沉默。

Silke Sachse解释说：“有趣的是，我们观察到，果蝇没有表现出被任何气味所吸引，但是突然避开了高吸引力的气味，如醋。因此，我们推论，抑制性投射神经元，可介导气味的吸引力，从而使果蝇能够发现其食物源或产卵场所。”此外，科学家们能够识别侧角的高阶神经元，也就是说，专门代表厌恶气味的神经元。这些神经元通过突触与抑制性投射神经元进行交流。

研究人员认为，在果蝇中侧角的功能可以比作脊椎动物大脑中杏仁核（两个杏仁形的核）的作用。在人类中，杏仁核在形势的情感评价和风险评估中起着重要的作用。如果大脑杏仁核受损，人类就不会表现出恐惧或侵略性。然而，杏仁核的病变也能防止重要的飞行或防御反应被触发。科学家们推测，侧角的损伤可能对果蝇有类似的影响。然而，这个假设到目前为止还是推测性的，因为侧角不能被选择性地灭活。

在他们的研究中，马克斯普朗克研究人员将侧角确定为气味信息的处理中心，这些气味信息可触发先天的气味引导行为。好气味和坏气味是在不同侧角区进行空间解码。我们还需要进一步的实验来探究，这些空间地图最终如何转化为昆虫的行动决定。目前，科学家们正在确定侧角中的高阶神经元，以完成从外围一直到大脑中心（在那里正在发生的决定，可引起目的性的气味引导行为）的嗅觉环路。

（生物通：王英）

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生物通推荐原文摘要：
Decoding odor quality and intensity in the Drosophila brain
Abstract: To internally reflect the sensory environment, animals create neural maps encoding the external stimulus space. From that primary neural code relevant information has to be extracted for accurate navigation. We analyzed how different odor features such as hedonic valence and intensity are functionally integrated in the lateral horn (LH) of the vinegar fly, Drosophila melanogaster. We characterized an olfactory-processing pathway, comprised of inhibitory projection neurons (iPNs) that target the LH exclusively, at morphological, functional and behavioral levels. We demonstrate that iPNs are subdivided into two morphological groups encoding positive hedonic valence or intensity information and conveying these features into separate domains in the LH. Silencing iPNs severely diminished flies' attraction behavior. Moreover, functional imaging disclosed a LH region tuned to repulsive odors comprised exclusively of third-order neurons. We provide evidence for a feature-based map in the LH, and elucidate its role as the center for integrating behaviorally relevant olfactory information.