Nature子刊首证50年神经学理论

牛津大学神经回路和行为中心的研究人员发现，形成独特联想记忆的关键在于来自感官的信息在大脑中如何编码。他们的果蝇研究第一次实验验证了20世纪60年代提出的一个理论：感官信息“稀疏”编码于大脑中。这项研究工作发表在《自然神经科学》（Nature Neuroscience）杂志上。

　　

生物通报道 特殊的气味可以不可思议地唤起回忆，让人重拾非常清晰及生动的记忆。或许你会发现新鲜出炉的苹果派的气味永远与奶奶家厨房的温暖回忆有关。或许割草的气味意味着长长的学校假期和无尽的足球嬉戏。又或许闻到某些药物的气味会让你重温儿时的一场疾病。

将感官信息与过去的经历联系在一起，“联想记忆”能力的惊人之处在于它们的精确性。我们以及其他的动物是如何将不同的记忆与数百万我们可能遇到的气味联系起来的？
 
这样做具有一个明显的优势：能够准确地辨别出表明危险的气味同时追踪有益的气味。但这存在一个挑战：需处理大量的信息。

牛津大学神经回路和行为中心的研究人员发现，形成独特联想记忆的关键在于来自感官的信息在大脑中如何编码。他们的果蝇研究第一次实验验证了20世纪60年代提出的一个理论：感官信息“稀疏”编码于大脑中（延伸阅读：Nature颠覆传统认知，揭示神经学重要发现 ）。这项研究工作发表在《自然神经科学》（Nature Neuroscience）杂志上。

这一观点认为，我们许多的高级大脑中心中有着大量的神经细胞。但只有极少数的神经细胞响应特殊的感觉——可能是气味、声音或视觉放电。这使得大脑能够准确区分非常相似的气味和感觉。

“这种‘稀疏’编码模式意味着，响应一种气味的神经元不会与响应其他气味的神经元有太多重叠，使得大脑能够更容易得将非常相似的气味区分开来，”论文的主要作者Andrew Lin博士说。

尽管以前的一些研究表明感觉信息稀疏编码在大脑中，但没有证据证实这样的排列有利于储存独特的记忆以及对它们起作用。

Gero Miesenböck教授说：“在其他生物的大脑中观察到稀疏编码，提供了令人信服的理论证据证实其重要性。但直到现在还无法通过实验将稀疏编码与行为联系起来。”

在新研究工作中，研究人员证实如果他们扰乱果蝇中的稀疏编码，果蝇会丧失形成相似气味独特记忆的能力。

果蝇通常能够区分两种非常相似的气味，学会避开一种气味，趋向另一种。这受到储存联想记忆的神经元——Kenyon细胞的控制。有一个单独的神经细胞充当控制系统来抑制Kenyon细胞活性，阻止太多的Kenyon细胞因特殊的气味而放电。

Andrew Lin博士和同事们证实如果阻断这一单神经细胞，Kenyon细胞中的气味编码会变得更加的稀疏，不能够鉴别气味。果蝇最终会将相同的记忆与相似但不同的气味联系到一起。

结果表明，稀疏编码对于感觉记忆极为重要，并且我们能够作用于它们。尽管研究是在果蝇中开展，科学家们说稀疏编码有可能在人类记忆中发挥了类似的作用。

尽管大脑中的稀疏编码似乎需要大量的神经细胞，但能够形成独特的联想记忆并作用于它们付出些代价是值得的。感谢它使得充满经历和记忆的生活更加的丰富。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Sparse, decorrelated odor coding in the mushroom body enhances learned odor discrimination

Sparse coding may be a general strategy of neural systems for augmenting memory capacity. In Drosophila melanogaster, sparse odor coding by the Kenyon cells of the mushroom body is thought to generate a large number of precisely addressable locations for the storage of odor-specific memories. However, it remains untested how sparse coding relates to behavioral performance. Here we demonstrate that sparseness is controlled by a negative feedback circuit between Kenyon cells and the GABAergic anterior paired lateral (APL) neuron. Systematic activation and blockade of each leg of this feedback circuit showed that Kenyon cells activated APL and APL inhibited Kenyon cells. Disrupting the Kenyon cell–APL feedback loop decreased the sparseness of Kenyon cell odor responses, increased inter-odor correlations and prevented flies from learning to discriminate similar, but not dissimilar, odors. These results suggest that feedback inhibition suppresses Kenyon cell activity to maintain sparse, decorrelated odor coding and thus the odor specificity of memories.