根据英国和美国科学家的团队研究，果蝇（果蝇属）从不良经历中学习的看似复杂现象已被简化为仅12个神经元的作用。科学家通过激光操纵这组细胞，能够欺骗苍蝇，使其对实际上并未经历过的事件产生联想记忆。
苍蝇从气味和环境中的其他信号中学习。例如，通过电击进行条件反射，可以教会它们避开某些气味。
先前的实验表明，果蝇大脑中称为蘑菇体的结构对于存储这些记忆至关重要，但这些记忆的存储机制尚未得到很好的理解。
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为了研究这种机制，由牛津大学的格罗·米森伯克领导的团队利用了“光遗传学”，这是一种使用光来激活特定细胞类型的技术，这些细胞类型经过基因工程改造以表达光敏蛋白。当激光脉冲击中大脑时，表达光敏蛋白的细胞会被激活。“这就像向城市发送无线电信号，但只有那些装有调到正确频率的收音机的房屋才会收到信号，”米森伯克说。
光的工作
先前的研究表明，多巴胺参与形成负面联想，例如与应避免的气味相关联，因此米森伯克的团队使不同的多巴胺能细胞簇对光敏感。然后对苍蝇进行训练：当它们进入某种气流——甲基环己醇 (MCH) 时——激光被打开，多巴胺能细胞被激活。
该实验与电击疗法一样有效——苍蝇学会了避开 MCH。记忆直接写入大脑，无需感官输入。虽然不可能知道，但米森伯克怀疑苍蝇是否会像触电一样感到疼痛。“我认为这可能比那更抽象，”他说。
今天在《Cell1》杂志上报道的惊喜是，当他们切开苍蝇的大脑并发现——在分析的几十只苍蝇中——只有 12 个神经元负责训练效果。“这 12 个神经元指向蘑菇体中假定的记忆存储位点，”米森伯克说。
“这是一项里程碑式的研究，非常聪明，”台湾新竹国立清华大学的果蝇神经科学家蒋安世说。“我们早就知道多巴胺能细胞充当形成记忆的刺激物，但我们已经等待很长时间才弄清楚是哪些细胞。”
更重要的是，其中一些神经元直接指向中央复合体，这是一个与视觉记忆有关的大脑区域。米森伯克说，同一组神经元也可能解释负面视觉联想的形成。“这是有道理的。当你的大脑告诉你你做错了什么，你应该改变你的行为时，它不应该在意它使用哪种感官来获取信息。”
爱它或恨它
米森伯克的下一个目标是找出该信息上游的内容，看看该信号是如何到达这 12 个神经元的。研究人员可以利用这条通路来预测即将到来的奖励或惩罚。
蒋安世同意这是下一步，他说更好的成像技术可以实现这一目标。《细胞》杂志的图片显示了神经元如何聚集在蘑菇体周围，但无法看到单个神经元，蒋安世说。“我真正想知道的是这些神经元中的哪一个参与其中。它可能是 12 个神经元的一个较小子集。我还想看到连接的特定形态——树突的走向，”他说。蒋安世说，这种精确度将有助于重建记忆如何形成的整个回路。
米森伯克说，这种程度的分辨率不太可能在小鼠或其他动物身上实现，因为较大动物的大脑有更多的神经元，而且果蝇大脑的遗传学已经得到了更详细的绘制。“从数字上看，机会对你不利，”他说。
但这项研究确实与今年早些时候的一份报告相呼应，该报告中科学家使用光遗传学技术来训练小鼠。与果蝇不同，小鼠对释放的多巴胺有积极反应，因此与苍蝇一样，没有教它们不喜欢某些东西（负强化），而是教小鼠更喜欢某些东西（正强化）——在这种情况下，是某个位置。
尽管存在差异，米森伯克说，基本通路的许多方面可能在进化上是保守的，因此对果蝇的研究将教会我们很多关于人脑如何学习的知识。