想象一下，如果我们能够重新连接我们的大脑，使我们通常渴望的味道变得令人不快，甚至完全消除对味道的反应。哥伦比亚大学祖克曼研究所的神经科学家查尔斯·祖克领导的一个小组的新研究表明，这可能是可能的。该研究表明，大脑被硬连线以产生对特定味道的反应，并且由此产生的愉悦或厌恶感与使我们能够识别味道的特性区分开来。对这种回路的了解最终可能使科学家能够通过改变或阻断这些反应来“关闭”对甜食的渴望。
祖克的研究小组此前表明，舌头上对五种味道之一（甜、苦、咸、酸和鲜味）产生反应的感受器，会将信号发送到大脑皮层（大脑最外层区域，负责更高认知功能）的特定部分。味觉皮层的不同区域接收来自不同类型感受器的输入，为每种味道创建专门的区域。使用光纤电缆激活的光敏蛋白质直接刺激这些神经元（一种称为光遗传学的技术）会导致小鼠表现得好像它们正在体验特定的味道。“简单地激活苦味皮层中的数百个细胞，动物不仅认为它正在尝苦味，还会执行所有相关的行为，包括作呕、清洁口腔等等，”祖克说。“由此传达的信息是味道真的在大脑中。”
来自小鼠大脑中甜味（绿色）和苦味（红色）皮层的神经投射在杏仁核中不同的目标处终止。来源：李旺，祖克实验室和哥伦比亚大学祖克曼研究所
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发表在周三《自然》杂志上的新研究，建立在这些发现的基础上，深入研究了大脑的味觉回路。研究人员对小鼠进行了基因工程改造，使其在神经元中产生荧光蛋白——甜味皮层为绿色，苦味皮层为红色。然后，他们追踪了从这些细胞延伸到其他区域的连接。他们对杏仁核特别感兴趣，杏仁核是一种参与处理情绪并为感官输入分配正或负值（或效价）的大脑结构。皮层不同区域的特化得到了显著的保留——甜味细胞主要与一个叫做前基底外侧杏仁核的区域相连，而苦味细胞主要与中央杏仁核相连。“这项优雅的研究为味觉中正负效价的结构提供了新的见解，”麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的神经科学家凯·泰伊说，他没有参与这项研究。“甜味和苦味[连接]在不同的杏仁核中的分离令人震惊。”
甜味是一种天生吸引人的味道，会引发食欲行为（如狼吞虎咽地吃下整个巧克力蛋糕），而苦味则天生令人不快。“苦味通常表示毒药，而甜味通常表示高热量食物，”泰伊说。研究人员认为，他们所揭示的连接可能构成杏仁核在为味道分配效价方面的作用的基础，从而驱动行为。为了验证这一点，他们使用了光遗传学技术，使小鼠杏仁核中的甜味或苦味连接在光照下激活。打开甜味连接会导致小鼠偏爱某个笼子，而那些激活了苦味连接的小鼠则会避开它。一项实验中，当小鼠喝水时，光激活了甜味回路，刺激动物狂饮，而苦味连接则抑制了饮水。激活小鼠杏仁核中的细胞足以使中性味道的水变得吸引人或令人厌恶。然后，研究小组想知道是否有可能推翻通常由吸引人或令人厌恶的味道引起的反应。为了进行调查，他们给小鼠喂食一种苦味化学物质（奎宁）或一种甜味溶液（人工甜味剂AceX），然后在激活其杏仁核连接时监测饮水行为。激活甜味连接会导致喝奎宁的小鼠喝更多，而激活苦味连接则会将通常吸引人的甜味变成一种可怕的味道。这些结果表明，杏仁核是决定味道效价的核心。“这是一个硬连线、预先确定的回路的独特例子，它在进化上很可能满足了一个简单的要求，”祖克说，“那就是：我需要知道什么对我维持饮食需求至关重要，并且不会中毒死亡。”
研究人员假设，如果大脑的不同区域负责施加不同的味觉特征，那么就有可能将它们分离。“我们认为应该有可能在没有吸引力的情况下尝到甜味，”祖克说。“相反，我应该能够给你苦味——你知道你在尝苦味，但完全看不到它天生的厌恶特征。”为了进行调查，他们进行了另一组实验，其中他们通过基因或药物阻断了杏仁核的活动。他们首先证明，这既消除了直接刺激皮层味觉神经元对食欲和厌恶行为的影响，也大大减少了这些行为对真实味道的反应。然后，他们训练小鼠识别味道，最后的实验表明，沉默杏仁核对它们执行此任务的能力没有影响，尽管它对减少它们对相同味道的反应有深刻的影响。这一发现暗示了味觉体验的不同组成部分是可以分离的，并且可以独立修改，甚至移除。“这项研究将味道的识别与其效价分离开来，”泰伊指出，“这可能有助于理解我们如何学会喜欢啤酒或咖啡，以及为什么如果我们之前因吃了蛋糕糖霜而生病，就可能觉得它令人作呕。”
这是一项基础研究，没有直接的临床相关性，但它最终可能对希望通过阻断对某些味道的某些反应来治疗严重肥胖问题的人的研究人员产生影响。它甚至可能对理解饮食失调产生影响，因为食物的效价可能与厌食症等疾病中经历的内疚感有关。与此同时，祖克的研究动机是理解他所说的感官体验的“交响曲”。“当我们深入研究大脑时，我们开始看到任务的这种卓越的分布式组织，”他说。“信息到达关键枢纽——乐队的指挥——然后被分发给合适的演奏者以执行正确的行为。”他计划继续研究这个回路，试图了解大脑如何将味道与背景、价值、情绪、记忆、思想和行为联系起来。“我用味道作为了解大脑的窗口；它具有将你带回不同体验的非凡能力，”他说。“如果我们能够跟踪信号，我们就可以开始揭示大脑如何编排这一切。”