巴甫洛夫对蝗虫的实验为嗅觉如何在大脑中发挥作用提供了新线索

来自酿造的香气到雨水浸湿泥土的味道，辨别气味是拥有嗅觉的美妙原因之一。

但是，无论季节、地点或时间如何，我们的大脑如何理解咖啡等气味，这是一个需要回答的复杂问题。我们的嗅球由大量的神经元组成，可以帮助我们理解周围的香气。

因此，研究人员转向了一个不太可能的盟友——蝗虫——来解释为什么咖啡等气味总是闻起来像咖啡，尽管有无数其他气味或其他环境因素可能阻碍。

“这种模式识别的壮举在人工化学传感系统中仍然难以实现，大多数传感系统都是为了生存而执行的，”圣路易斯华盛顿大学的团队在他们的新论文中写道。

“这个能力是如何实现的？”

该团队首先做了一个版本巴甫洛夫反应条件反射昆虫，特别是美洲蚱蜢（美洲裂尾虫）。他们在饥饿的蝗虫的触角旁边放置了一种“气味剂”（这就是蝗虫的气味），然后给它们喂食食物奖励。这导致蝗虫的外口器（称为上颌须）张开，研究人员将其涂成绿色以便于观察。

经过几轮这样的调节后，蝗虫只要闻到气味就会张开上颌触须，不需要食物。这种反应意味着蝗虫识别出了气味剂，这显然是重要的第一步。

虽然蝗虫戴着很少的传感器来监测神经活动，但研究小组随后检查了蝗虫是否可以在不同的条件下（例如干燥或潮湿或变化的时间间隔）闻到相同的气味。当蝗虫的触须每次张开时，神经元都会根据情况以不一致的模式激活。

“神经反应变化很大，”团队成员之一、生物医学工程师巴拉尼·拉曼 (Barani Raman) 说道。

“这似乎与蝗虫的行为不一致。”

随后研究人员引入以确定发生了什么。很快我们就发现，有许多“ON”神经元在气味剂存在时打开，而“OFF”神经元在气味消失时打开。但他们不需要完美才能工作。

蝗虫的大脑只需要大约数量的 ON 神经元打开和 OFF 神经元关闭来告诉气味的存在，并且有回旋余地来应对不同条件下任何会改变气味的变化。

虽然我们无法将这些发现直接与人类联系起来，但在像这些昆虫这样的更简单的动物模型中研究这种反应可以帮助我们更好地理解嗅觉系统一般如何工作的一些基本原理。

在这种情况下，我们现在有了一个模型，说明神经系统如何在其他杂音和模糊的环境因素中检测出特定的气味。

您可以在下面的视频中看到更多相关信息。

当然，我们不能过多地将这项研究与人类更大的嗅球联系起来，但这是一项令人着迷的研究。希望通过更多的研究，我们能够深入了解我们的大脑如何理解日常生活中我们周围的大量气味。

该研究发表于美国国家科学院院刊。