2022年10月31日,

就连果蝇也会“数数”:科学家创建了一个模型，可以用来了解人类大脑是如何记录数据的

由玛格丽特·奥斯本冷泉港实验室

Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-33577-2">

就连果蝇也会“数数” — 假设的计数神经元的读出机制。A)该模型将1,2,3 -多计数神经元的连续放电速率转化为离散表示。因为这个模型使用了重复抑制，发射频率越大，对应的气味就越不熟悉。反突触连接到4个下游神经元，每个神经元的放电阈值依次变小(θ1 > θ2 > θ3 > θ4)。具有较大阈值的神经元抑制具有较小阈值的神经元。因此，每个计数类别都变成了“one-hot”编码，从而更容易修改行为。B)该模型将计数神经元分层地串在一起，以增加计数类别之间的可扩展性和分辨率。在昆虫蘑菇的身体中，气味激活多巴胺神经元(DANs)，它调节突触的权重到计数神经元。在这个模型中，有两个计数神经元和两个相关的dan。两个计数器都从编码神经元接收输入，Counter1抑制Counter2和DAN2。 Counter1 encodes categories 1 and 2 with high (1.0) and medium (0.5) responses, respectively. When Counter 1's activity is diminished after the second stimulus experience, the inhibition onto Counter 2 is lifted, allowing Counter2 to encode the two subsequent categories with high and medium responses. Credit:*自然通讯*(2022)。DOI: 10.1038 / s41467 - 022 - 33577 - 2

想象一下，你坐在家里，听到有人敲前门。你透过窗户看到外面有个陌生人。几乎立刻，你的大脑就知道你以前从未见过这个人。也许你感到害怕，假装不在家。

现在，想象一个亲密的朋友或家人在外面，而不是一个陌生人。你一看到他们，你的大脑知道你以前见过这个人很多次。

你的大脑不断地计算你与特定的视觉或气味的经历。即使你不记得所有的细节，这些细节也会影响你最初对这种情况的反应——是避免它还是接受它。从进化的角度来看，这种瞬间的反应可能意味着生与死的区别。

科学家们并不完全确定这一过程在我们大脑中是如何工作的。但现在，冷泉港实验室(CSHL)的研究人员萨克特·纳夫拉卡创建了一个新的计算模型水果飞大脑的数据这可能会让我们更接近答案。

“我们研究果蝇的大脑已经有一段时间了，”Navlakha说。“它有大约10万个神经元，许多连接是在单个神经元和突触的水平上已知的。它们为我们提供了一个了解大脑如何工作的视角。”

发表在自然通讯Navlakha和他的团队回顾了2017年一项研究的数据，该研究对果蝇暴露在新的和熟悉的气味中时的大脑进行了成像。

纳夫拉克卡假设，昆虫可以区分四类:它们第一次闻到的东西，第二次闻到的东西，第三次闻到的东西，以及它们以前遇到过很多次的东西。

他创造了他所谓的“1-2-3-many”计数草图。中使用计数草图计算机科学提供一个快速、近似的统计。例如，YouTube使用计数草图来跟踪视频的观看次数。纳夫拉克卡怀疑生物可能会做同样的事情。他说:“我们从一个经典的计算机科学方法中获得灵感来解决这个问题。这种方法的一个变种实际上被用在果蝇为了解决追踪他们经历不同气味的次数这个问题。”