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世界上有数百万种不同的气味，但是哺乳动物的大脑是如何进化来区分它们的，这是一个谜。
现在，来自索尔克研究所和加州大学圣地亚哥分校的两位神经科学家发现，至少有六种哺乳动物——从老鼠到猫——以大致相同的方式辨别气味，它们使用的是大脑中的电路，这种电路在进化上在物种间得以保存。
索尔克神经生物学实验室的杰出名誉教授、该研究的合著者CharlesStevens说：“这项研究对支持哺乳动物嗅觉的大脑回路的组织原理产生了深刻的见解，这些原理可能适用于大脑的其他部位和其他物种。”发表于年7月18日《当代生物学》（《CurrentBiology》）杂志。
简言之，研究表明，嗅觉神经网络的三个组成部分中的每一个的大小对每一个物种来说都差不多，从鼻子中的受体开始，它将信号传递给大脑前部的一组神经元，称为嗅球，反过来，将信号传递到一个“功能更高”的区域，用于识别气味，称为梨状皮质。
加州大学圣地亚哥分校（UCSanDiego）Kavli大脑与心智研究所（KavliInstituteforBrainandMind）的助理项目科学家、该论文的合著者ShyamSrinivasan说：“这三个阶段相互影响，每个阶段的神经元数量之间的关系在物种间是相同的。所以，如果你告诉我鼻子里的神经元数量，我可以预测梨状皮质或嗅球的数量。”
目前的研究建立在同一对研究的基础上，该研究发表于年，描述了老鼠大脑如何处理和辨别气味，使用所谓的“分布式电路”。与视觉系统不同，例如，信息以有序的方式传输到视觉系统的特定部分。研究人员发现，小鼠的嗅觉系统依赖于分布在梨状皮质的连接的组合。
在这篇论文之后，Stevens和Srinivasan试图确定在其他哺乳动物身上发现的小鼠分布式神经回路是否相似。在目前的研究中，研究人员分析了不同大小和类型的哺乳动物大脑。他们的计算，加上过去几年的研究，被用来估计脑容量。Stevens和Srinivasan使用各种显微镜技术，让他们看到在嗅觉电路中形成突触（连接）的不同类型的神经元。
“我们不能计算每个神经元，所以我们做了一个调查，”Srinivasan说，“我们的想法是，从不同的代表性区域采集样本，以便捕捉到任何不规则的情况。”
这项新的研究表明，连接嗅球每个功能单元和梨状皮质神经元的突触的平均数量在不同物种中是不变的。
Stevens说：“看到这些东西在物种间是如此保守，真是太不可思议了。”
具体地说，识别单个气味与电路中激发神经元的强度和组合有关，这些神经元可以被比作钢琴中的音乐，钢琴的音符是由多个键的压低而产生的，它的音符来源于多个键的按下以产生和弦，或是构成本页单词的字母排列。
Srinivasan说：“气味的辨别是基于放电速度，即沿神经元轴突传递的电脉冲。”一种气味，比如说咖啡味，可能会引起神经元的缓慢反应，而同一个神经元对巧克力的反应可能更快。”
这个用于嗅觉的代码与大脑的其他部分不同。
“我们发现哺乳动物的嗅觉回路的连通性参数和不同阶段之间的关系是保守的，这表明进化过程中对物种的嗅觉回路采用了相同的设计，但只是改变了大小以适应动物的环境生态位，”Stevens说。
在未来，Stevens计划检查大脑的其他区域，以寻找其他基于本研究中类似编码的分布式电路。
Srinivasan说，他将重点研究气味编码中的噪声或变异如何决定辨别和学习之间的平衡，解释二人在工作中发现的变异性可能是辨别气味的一种机制，这可以应用于制造更好的机器学习或人工智能系统。
参考文献：ShyamSrinivasan,CharlesF.Stevens.ScalingPrinciplesofDistributedCircuits.CurrentBiology,;DOI:10./j.cub..06.（IF=9.）
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