日本国立研究开发法人理化学研究所脑神经科学研究中心的染谷真琴特别研究员、太田和美Ⅰ级技术员、风间北斗团队总监等人的研究团队宣布，成功鉴定出大脑中负责计算先天气味价值（好恶）的细胞，并发现好恶信息由不同的神经回路产生。研究人员通过结合使用果蝇进行钙成像等多种分析方法，明确了大脑侧角区域为负责计算先天气味价值的部位。该成果有望推动脑数字孪生技术的实现。相关研究成果已发表在期刊《Cell》的9月17日刊上。
图1 基于钙成像与光遗传学的新型检测技术（供图：理化学研究所）
左：新技术示意图；右：通过此方法标记的侧角细胞群（绿色：光照射激活的荧光蛋白，紫色：标记全神经细胞的核定位荧光蛋白）。该新技术首先采用高空间分辨率双光子激发钙成像法，在全脑范围测量单个神经细胞对气味刺激的活动响应。随后仅在侧角区域激活可被特定波长光激活的荧光蛋白，将由此标记出的神经细胞鉴定为侧角细胞。
动物天生具备基于感官刺激价值采取利于生存行动的能力，例如会靠近愉悦的气味，躲避不适的气味。哺乳动物的嗅觉回路研究显示，初级中枢会对气味的物理化学性质进行编码，而接收这些信息的高级中枢则可能从中提取气味的价值信息。
但是高级中枢中负责编码气味价值的细胞始终未被确认到，所以其具体机制也一直不明确。
已知哺乳动物与昆虫的嗅觉系统结构与功能高度相似。果蝇对气味表现出明确的趋避行为，可用于评估其先天气味价值，同时，果蝇的遗传学研究技术已较为成熟，便于评估与操作，其脑部体积小能够全面记录细胞群的活动。但此前缺乏全面且特异性记录侧角神经细胞活动的方法。
为此，研究团队此次以果蝇为研究对象，开发出了结合钙成像技术与光遗传学的测量方法。
通过测量处理气味信息的高级脑区——侧角细胞与蕈形体细胞群，研究团队发现，侧角中的两个不同神经细胞群分别负责编码特定的气味价值。其中，一个细胞群仅对愉悦气味产生响应，另一个则仅对不适气味产生响应，且响应强度分别与好恶程度呈正相关。
研究团队还构建了从神经细胞群活动中预测气味价值的数学模型，结果显示，利用侧角细胞活动进行预测的精度高于利用蕈形体细胞活动的预测精度，这表明侧角是计算先天气味价值的中枢。
为探究这一神经回路机制，研究团队对详细呈现动物神经系统内各要素间连接关系的神经回路图谱的连接组展开了分析。
结果显示，初级嗅觉中枢中参与好恶行为选择的神经细胞与特定侧角细胞存在选择性连接。在接受愉悦气味相关输入的侧角细胞群中，侧角细胞间存在显著的抑制性连接，这表明“愉悦”信息除来自初级嗅觉中枢输入外，还需通过局部抑制性回路的进一步处理才能形成。
为验证该机制，研究人员基于连接组构建了神经网络模型进行实验。当向模型中输入实际初级嗅觉中枢的气味响应时，成功再现了侧角细胞对好恶气味的特异性响应。如果去除局部抑制机制，对不适气味响应的侧角细胞依然存在，但对愉悦气味响应的侧角细胞却消失，由此证明好恶信息由不同的神经回路结构生成。
风间团队总监表示：“愉悦与不适气味由不同连接模式的回路进行处理，这是我们此前未曾预料到的结果。这说明在神经回路层面，‘喜欢’并非简单是‘讨厌’的逆向过程。今后我们将继续通过全面神经活动检测与全脑连接图谱神经活动的模拟分析，揭示脑回路的运作机制。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Cell
论文：Distinct circuit motifs evaluate opposing innate values of odors
DOI：10.1016/j.cell.2025.08.032
