每个人都有自然吸引他们的气味，例如香草或咖啡，以及不吸引他们的气味。是什么让某些气味有吸引力而另一些气味不吸引人?

圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院生物医学工程教授BaraniRaman和分别于2016年、2021年和2022年获得生物医学工程学士、硕士和博士学位的RishabhChandak研究了蝗虫以及它们大脑中的神经元如何对吸引人和不吸引人的气味做出反应，以更多地了解大脑如何编码偏好以及如何学习。

这项研究提供了关于我们的学习能力如何受到有机体认为有吸引力或不有吸引力的事物以及奖励时间的限制的见解。他们的研究结果发表在《自然通讯》上。

拉曼多年来一直利用蝗虫来研究神秘嗅觉的基本原理。虽然对于人类来说，嗅觉系统更多的是一种审美感，但对于包括蝗虫在内的昆虫来说，嗅觉系统用于寻找食物和配偶以及感知捕食者。触角中的神经元将化学信号转换为电信号并将其传递给大脑。然后，这些信息由多个神经回路处理，将这些感觉信号转换为行为。

拉曼和昌达克开始了解神经信号如何被模式化以产生与食物相关的行为。就像狗和人类流口水一样，蝗虫利用靠近嘴巴的感觉器官(称为触肢)来抓取食物。当遇到一些有气味的物质时，会自动触发抓取动作。他们将引发这种先天行为的气味称为“食欲”。那些没有产生这种行为的人被归类为没有食欲。

获得生物医学工程优秀论文奖的Raman和Chandak使用22种不同的气味来了解蝗虫对哪些气味感兴趣，对哪些气味不感兴趣。他们最喜欢的气味是草(己醇)和香蕉(乙酸异戊酯)的气味，他们最不喜欢的气味是杏仁(苯甲醛)和柑橘(柠檬醛)的气味。

拉曼说：“我们发现蝗虫对某些气味有反应，而对其他气味没有反应，然后我们将它们放在一个行为维度中。”

为了了解是什么让一些气味剂更讨人喜欢，而另一些则不然，他们让饥饿的蝗虫接触每种气味四秒钟，并测量它们的神经反应。他们发现，这组气味剂产生的神经反应根据它们产生的行为很好地分离。气味呈现期间和终止后的神经反应都包含有关行为预测的信息。

“似乎有一种简单的方法可以用来预测行为将会是什么，”拉曼说。

有趣的是，一些蝗虫对任何气味都没有反应，因此拉曼和昌达克想看看是否可以训练它们做出反应。与巴甫洛夫用铃铛和食物奖励训练狗的方式非常相似，他们给每只蝗虫提供一种气味剂，然后在气味呈现后的不同时间点给它们一块草零食。

他们发现蝗虫只将吸引人的气味与食物奖励联系起来。通过延迟奖励，他们发现可以训练蝗虫来延迟其行为反应。

拉曼说：“通过ON训练方法，我们发现蝗虫在气味出现后立即张开触须，在气味呈现期间保持打开状态，然后在气味停止后关闭。”“相比之下，非训练方法导致蝗虫张开触须的速度要慢得多，在气味停止后达到峰值反应。”

研究人员发现，训练期间给予奖励的时机很重要。当它们在气味结束四秒后给予奖励时，蝗虫并不知道气味表明它们会得到奖励。即使对于吸引人的气味也没有进行任何训练。

他们发现，用不愉快的刺激进行训练会让蝗虫对令人愉快的刺激做出更多反应。为了解释这种矛盾的观察结果，拉曼和昌达克开发了一种计算模型，其基础是在大脑的感觉输入中很早就存在与行为相关的信息的分离。这个简单的想法足以解释蝗虫嗅觉系统如何产生对气味剂的先天和后天偏好。

“这一切都回到了一个哲学问题：我们如何知道什么是积极的，什么是消极的感官体验?”拉曼说。“我们的感觉器官接收到的所有信息及其与我们的相关性，都必须通过大脑中的电活动来表示。似乎一旦感觉信号进入大脑，就会以这种方式对信息进行分类。”

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