为什么我们会喜欢特定的气味？

摘要研究人员通过对蝗虫的研究，深入了解了为什么某些气味吸引我们，而另一些气味却不吸引我们。

通过一系列实验，他们分析了蝗虫的大脑对各种气味的反应以及相应的行为表现。他们发现，蝗虫天生喜欢某些气味，如类似青草和香蕉的气味，而排斥其他气味。

这项研究为我们提供了宝贵的见解，让我们了解生物的偏好如何制约其学习能力，特别是与奖励时机有关的学习能力。

主要事实

这项研究使用了蝗虫，因为它们的嗅觉系统对生存至关重要，能将化学线索转化为指导行为的电信号。

蝗虫天生喜欢类似青草和香蕉的气味，而排斥杏仁和柑橘类气味。

蝗虫将吸引人的气味与奖励联系起来的能力揭示了感官信号进入大脑后是如何被处理的。

资料来源：WUSTL

每个人都有自然吸引自己的气味，如香草或咖啡，也有不吸引自己的气味。是什么让一些气味吸引人，而另一些则不呢？

圣路易斯华盛顿大学麦凯威工程学院生物医学工程教授巴拉尼-拉曼（Barani Raman）和分别于2016年、2021年和2022年获得生物医学工程学士、硕士和博士学位的里沙布-钱达克（Rishabh Chandak）研究了蝗虫的行为以及它们大脑中的神经元如何对吸引人和不吸引人的气味做出反应，以进一步了解大脑如何编码偏好以及如何学习。

This shows bottles full of flowers and herbs.

拉曼多年来一直利用蝗虫来研究神秘的嗅觉的基本原理。图片来源：《神经科学新闻

这项研究深入揭示了我们的学习能力是如何受到生物体认为有吸引力或无吸引力的东西以及奖励时机的制约的。

他们的研究成果发表在8月5日的《自然通讯》（Nature Communications）上。

拉曼多年来一直利用蝗虫来研究神秘的嗅觉的基本原理。虽然人类的嗅觉更多的是一种审美感觉，但对于包括蝗虫在内的昆虫来说，嗅觉系统是用来寻找食物和配偶以及感知捕食者的。

蝗虫触角上的神经元将化学线索转换成电信号，并传递给大脑。然后，这些信息会被多个神经回路处理，将这些感官信号转化为行为。

拉曼和钱达克开始了解神经信号是如何通过模式化产生与食物有关的行为的。就像狗和人类流口水一样，蝗虫使用靠近嘴巴的名为颚的感觉附属物来抓取食物。

当遇到某些气味时，蝗虫会自动触发抓取动作。他们把能引发这种天生行为的气味称为食欲性气味。而那些不会产生这种行为的气味则被归类为非食欲性气味。

获得生物医学工程杰出论文奖的拉曼和钱达克使用了22种不同的气味来了解蝗虫对哪些气味有食欲，哪些没有。

它们最喜欢的气味是草（己醇）和香蕉（乙酸异戊酯）的味道，最不喜欢的气味是杏仁（苯甲醛）和柑橘（柠檬醛）的味道。

"拉曼说："我们发现蝗虫对某些气味有反应，而对另一些气味没有反应，然后我们把它们放在一个单一的行为维度中。

为了了解是什么让一些气味更受欢迎，而另一些则不然，他们让饥饿的蝗虫接触每种气味四秒钟，然后测量它们的神经反应。

他们发现，这组气味产生的神经反应根据它们产生的行为而很好地分离开来。气味呈现时和结束后的神经反应都包含了行为预测信息。

"拉曼说："我们似乎可以用一种简单的方法来预测行为会是怎样的。

有趣的是，有些蝗虫对任何气味都没有反应，因此拉曼和钱达克想看看能否训练它们做出反应。与巴甫洛夫用铃声和食物奖励训练狗的方法非常相似，他们向每只蝗虫投放了一种气味，然后在投放气味后的不同时间点给它们吃了一块草。

他们发现，蝗虫只会将诱人的气味与食物奖励联系起来。通过延迟奖励，他们发现可以训练蝗虫延迟行为反应。

"拉曼说："通过ON-训练方法，我们发现蝗虫在气味出现后立即张开上颚，在气味出现期间保持张开状态，然后在气味停止后闭合上颚。

"与此相反，关闭训练法导致蝗虫张开上颚的速度慢得多，在气味停止后才达到反应峰值。

研究人员发现，在训练过程中给予奖励的时机非常重要。当他们在气味结束四秒钟后给予奖励时，蝗虫并没有学会气味表示它们将获得奖励。即使是对有吸引力的气味，也没有观察到任何训练。

他们发现，用不愉快的刺激进行训练会让蝗虫对愉快的刺激做出更多反应。为了解释这一自相矛盾的现象，拉曼和钱达克建立了一个计算模型，该模型基于这样一种观点，即在感官输入大脑的早期，与行为相关的信息就已经被分离。

这个简单的想法足以解释蝗虫嗅觉系统如何产生对气味的先天和后天偏好。

"这一切又回到了一个哲学问题上：我们如何知道什么是积极的感官体验，什么是消极的感官体验？拉曼说。

"我们的感觉器官接收到的所有信息，以及它们与我们的相关性，都必须通过大脑中的电活动来表示。似乎感官信号一进入大脑，就会以这种方式对信息进行分类"。

Original Research: Open access.
“Neural manifolds for odor-driven innate and acquired appetitive preferences” by Barani Raman et al. Nature Communications

(责任编辑：泉水)

搜索

热门标签:

为什么我们会喜欢特定的气味？