广泛的神经元之间的联系帮助大脑分辨气味

你能告诉玫瑰的气味的气味淡紫色?如果是这样,你得感谢你大脑的梨状皮层。相比,大脑的许多地方,让动物和人类的梨状皮层smells-looks像一个混乱的过程信息混杂的细胞叫做神经元之间的连接。现在,索尔克研究所的研究人员已经照亮了随机性的梨状皮层是大脑如何区分的关键相似的气味。

“标准范式是在大脑中信息的编码细胞是活跃的,但这并不是真正的嗅觉系统,”查尔斯·史蒂文斯说,尊敬的索尔克的分子神经生物学实验室和名誉教授合著者的新工作。“在嗅觉系统,事实证明这不是一个细胞活跃,但是有多少细胞活跃,他们有多活跃。”

除了更好的理解如何处理气味,这项新的研究,发表在比较神经病学杂志》2018年7月17日,也可能导致大脑的部分更深入地了解如何组织信息。

当有气味的签名的任何smell-bind受体能够在一个人的鼻子,嗅球信号传输,并从那里梨状皮层。在其他感觉系统的视觉系统信息维护一个严格的秩序,因为它穿过大脑。眼睛的特定部分,例如,总是传输信息视觉皮层的特定部分。但研究人员早就知道这个订单是失踪的梨状皮层。

“我们无法辨别梨状皮层的任何顺序连接在任何物种,”合著者Shyam Srinivasan说助理项目科学家加州大学圣地亚哥Kavli大脑和思维研究所。“任何气味点亮大约10%的神经元似乎分散在梨状皮层。”

开始工作的细节如何梨状皮层编码气味网络连接是否真正random-Stevens Srinivasan分析了梨状皮质的九个老鼠使用各种染色和显微镜技术,让他们想象不同的细胞类型的大脑区域。他们的第一个目标:量化梨状皮层细胞的数量和密度。

“这非常像一个调查,”斯解释说。“我们计算细胞在不同的代表地区,平均在整个地区。”

鼠标梨状皮层,他们总结说,约有一百万个神经元,一半平分秋色的大,密度较低,后梨状的更小、更密集的前梨状。

使用这个初始神经元密度和数量的信息,从先前的研究以及知识在嗅球神经元的数量和多少神经元连接或梨状皮层synapses-connect嗅球,两人的研究能够得出一个惊人的发现:每个神经元嗅球连接到几乎每一个梨状皮层的神经元。

“梨形的每一个细胞都是得到信息从本质上每个气味受体,”史蒂文斯说。“没有一个咖啡味道的神经元,但很多咖啡细胞神经元得到处都是。”Rather than a single receptor detecting one odor and lighting up one cluster of telltale neurons, he explains, each odor has a fingerprint that's based more on the strength of the connections—while the smell of coffee may activate nearly the same neurons in the piriform皮质巧克力的味道,他们会激活每个神经元在不同程度上。

“这个系统的一个优点是它可以编码非常复杂的信息,”斯里尼瓦桑说。“这还很健壮的噪音。”If one neuron sends a "noisy" signal—stronger or weaker activation than it should—the noise gets cancelled out by the many other神经元发送同步,更准确的信号。

研究人员想要重复的工作在其他动物的相似之处和差异所在。他们也有兴趣研究的其他领域大脑长久以来一直被认为是由看似随机连接,看看他们以同样的方式组织。

史蒂文斯和Srinivasan也出来的一篇论文神经科学杂志》上7月13日使用果蝇嗅觉学习电路来改善当前的深度学习算法,是由大脑和思维研究所Kavli加州大学圣地亚哥分校和美国国家科学基金会。