Nature新发现：这种模式动物比我们认知的要更聪明

时间：2022-02-18 00:00:00 来源：网络整理

在我们的厨房里，当果蝇在一堆香蕉周围嗡嗡作响时，它们似乎与哺乳动物没有什么共同之处。但作为科研的模式动物，研究人员发现人类和这种微小的爱吃水果的昆虫之间越来越多的相似之处。

在一项新的研究中，加州大学圣地亚哥分校卡弗里大脑与思维研究所(KIBM)的研究人员发现，果蝇(Drosophila melanogaster)的认知能力比之前认为的更先进。2月16日，科学家们在《自然》杂志上提出了果蝇和哺乳动物认知能力之间显著联系的新证据，他们使用了一种定制的沉浸式虚拟现实环境、神经遗传操作和体内实时脑活动成像。

他们的多层调查方法发现了果蝇的注意力、工作记忆和有意识意识能力，而这种认知能力通常只在哺乳动物身上测试过。研究人员能够观察到在他们小小的大脑中记忆痕迹的形成、分散注意力和最终消失。

“尽管缺乏明显的解剖相似性，但这项研究揭示了我们的日常认知功能——我们关注什么以及如何关注它，”该研究的资深作者Ralph Greenspan说，他是加州大学圣地亚哥分校生物科学部的教授，也是KIBM的副主任。“由于所有的大脑都是由一个共同的祖先进化而来，我们可以根据分子特征和我们存储记忆的方式，在果蝇和哺乳动物的大脑区域之间找到对应关系。”

为了达到他们新发现的核心，研究人员创造了一个身临其境的虚拟现实环境，通过视觉刺激来测试果蝇的行为，并将显示的图像与红外激光作为逆向热刺激相结合。这个近360度的全景舞台让果蝇在不被束缚的情况下可以自由地拍打翅膀，并根据它们的翅膀运动不断更新虚拟现实(使用高速机器视觉摄像机进行实时分析)，让果蝇产生在世界上自由飞翔的错觉。这让研究人员能够训练和测试果蝇的条件反射任务，方法是让果蝇远离与负热刺激有关的图像，转向与热无关的第二幅图像。

他们测试了两种不同的条件作用，一种是给予果蝇视觉刺激与热量在时间上重叠(延迟条件作用)，两者同时结束;另一种是第二种追踪条件作用，在显示和消除视觉刺激后等待5到20秒传递热量。这段时间被认为是果蝇在大脑中保留视觉刺激“痕迹”的“痕迹”间隔，这是哺乳动物注意力、工作记忆和意识意识的一个特征。

研究人员还利用一种通过基因工程植入脑细胞的荧光分子对大脑进行成像，实时跟踪钙的活动。这使得研究人员可以记录果蝇活记忆的形成过程和持续时间，因为他们看到在果蝇的短期(工作)记忆中，这些痕迹是忽明忽暗的。他们还发现，在训练过程中引入一种分散注意力的方法——轻轻地吹一口空气——会使视觉记忆衰退得更快，这标志着研究人员首次能够在果蝇身上证明这种分散注意力的方法，并暗示果蝇在记忆形成过程中需要注意。

“这项研究表明，果蝇不仅能够实现这种高级形式的追踪条件反射，而且它的学习就像哺乳动物和人类一样容易分心，而且果蝇这些注意力和工作记忆过程背后的神经活动与哺乳动物的惊人相似。”Dhruv Grover说，他是加州大学圣地亚哥分校KIBM的研究人员，也是这项新研究的主要作者。“这项工作表明，果蝇可以作为研究高级认知功能的一个强有力的模型。简单地说，我们会继续为这只果蝇的聪明而感到惊讶。”

科学家们还确定了果蝇大脑中记忆形成和消失的区域——一个被称为果蝇中枢复合体的椭球体的区域，这个位置与人类大脑的大脑皮层相对应。

此外，研究小组还发现，这种学习和更高的认知功能需要神经化学物质多巴胺。数据显示，多巴胺反应越来越早地出现在学习过程中，最终预期即将到来的热刺激。

研究人员目前正在研究注意力在大脑中是如何进行生理编码的细节。Grover认为，从这个模型系统中获得的经验教训可能会直接帮助我们理解人类认知策略和破坏它们的神经障碍，但也有助于新的工程方法，导致人工智能设计的性能突破。

文章标题Differential mechanisms underlie trace and delay conditioning in Drosophila

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