蝗虫提供洞察大脑对刺激的回应,感官
通过训练一种蝗虫识别气味,一个团队在圣路易斯华盛顿大学的生物医学工程师学习更多关于大脑如何处理信息的感官。
Baranidharan拉曼博士,生物医学工程助理教授在工程和应用科学学院发现,蝗虫训练来识别特定的气味反应不同的气味时提出了重叠。虽然这项研究的结果发表在自然通讯关注的嗅觉,拉曼和他的团队计划用结果来确定大脑处理类似的其他感官信号。
蝗虫感觉神经元的天线,将化学信号,如泡芙的气味,成电子信号,发送给大脑神经元的电路。拉曼和他的团队研究了改变蝗虫大脑中的神经元如何回应气味取决于活动之前接触的气味。有兴趣了解气味的响应变化取决于刺激之前。
研究小组发现了一个功能在大脑处理信号的方式:当两个泡芙类似的气味是给定一个接一个,箝制产生的神经活动第一次遇到气味干扰处理第二个气味。结果,即使保存的一组神经元对新的气味,飙升的活动模式,通常会带来干扰。然而,当两种不同气味泡芙是重叠的,有更少的干扰大脑诱发第二气味的反应。
在这项研究中,拉曼和他的团队使用Pavolovian调节训练饿蝗虫应对一阵气味,奖励一块草地上。经过训练,蝗虫搬他们的触须,小感觉嘴附近的附件部分,在回应一个气味吹他们被训练来识别。
生物医学工程专业大四学生,24岁的威廉•Padovano和喇曼实验室的一位研究员,他画的蝗虫的触须有绿色油漆,使它们更为明显,明显比周围的部分。后录像蝗虫的应对气味,Padovano能够过滤掉漆的触须的运动和跟踪蝗虫的行为非常精确。他发现当一个气味粉扑,蝗虫移动它的触须的预期回报。
“我们发现,蝗虫识别气味和移动他们的触须在约500毫秒,”拉曼说。“一旦训练,蝗虫不容易忘记学协会。即使我们多次提出训练有气味的东西没有任何奖励和以不同的方式,单独或在序列中,总会有反应。”
团队试图比较神经和行为反应的变化当蝗虫有一个气味他们被训练识别但操纵跟随另一个他们没有被训练识别的气味。
“蝗虫强劲识别和应对提供的训练有素的气味是否单独或气味,但他们更可预测的响应时间和行为训练时遵循了类似的气味,气味唤起高度重叠的神经活动,”拉曼说。
但当两个不同的气味了,蝗虫的反应非常可预测的。
“当两个不同的气味在一个序列,蝗虫很快回答,可以预见的是,训练有素的气味,因为这是小说,“拉曼说。“更新奇刺激,保存激增活动的模式变得更可预见的行为反应”。
拉曼说,他们观察的神经反应模式的变化与刺激的历史提供了一个普遍的现象在大脑中神经网络。
“这帮助我们完成,即使飙升的模式活动随着时间改变了,气味的身份并没有改变,”拉曼说。“气味身份完全是编码的组合的神经元被激活。时间维度是用来强调或不再强调基于他们的新奇的气味。”
拉曼和他的团队计划继续调查神经反应。
“鉴于我们知道我们有一个范例,我们可以非常精确跟踪行为,我们可以很好的计算与神经活动了解各个方面的神经反应与行为,”他说。
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出版
史蒂文•彼得森Debajit萨哈,曹国伟,威廉•Padovano Baranidharan纳Katta·拉曼。行为相关的气味编码的组合和时序特征。自然通讯,2015年4月27日发表。doi: 10.1038 / ncomms7953
