研究人员研究血清素如何改变蝗虫的嗅觉

华盛顿大学圣路易斯分校的研究人员花了近十年的时间研究蝗虫嗅觉的来龙去脉，包括气味如何影响昆虫的行为。

在最近发表在eLife上的一项研究中，麦凯维工程学院生物医学工程学教授巴拉尼·拉曼开始描绘出嗅觉回路是如何改变的，从而驱动蝗虫的不同行为。神经调节剂血清素是蝗虫行为的一个关键因素，包括蝗虫如何从“独来独往”转变为“群居”——也就是所谓的群居阶段。

拉曼说：“同一种生物可以存在两种不同的状态，一种是破坏性的，一种是害羞和内向的。”

拉曼和博士生叶丽扎维塔·贝索诺娃 (Yelyzaveta Bessonova) 希望研究血清素如何影响蝗虫大脑中感知嗅觉线索并驱动适当行为反应的神经回路部分。研究人员对感官信号的处理方式了解得越多，控制和防止蝗虫成群就越容易。

从工程角度来看，了解这一生物系统可以启发在危险和有环境中检测气味的解决方案。

要理解同一种气味如何引发不同的行为，想象一下，当一个人饿的时候，新鲜出炉的饼干的气味可能会促使他去厨房。但是，吃了几块饼干后，同样的气味可能会被忽略，甚至引起厌恶，拉曼说。

在这两种情况下，相同的感官刺激，即饼干的气味，会根据饥饿还是饱引发不同的行为反应。

在为蝗虫模拟同样的机制时，他们无法确切地询问它是否饿了，因此研究人员寻找食欲反应(想象一下狗流口水)，即蝗虫嘴附近的感觉附属物张开。

贝索诺娃说：“这更像是蝗虫在抓取和吃掉草叶之前的一种准备反应。”

他们发现血清素的增加改变了神经反应的幅度，但反应的时间并没有改变。他们观察到对所有气味的神经反应增加与他们观察到的对同一组气味的行为反应的特异性不一致。

为了解决这个问题，他们提出了一个简单的计算模型。该模型本质上将神经元分成两个子组：一个用于增加行为输出，另一个用于减少相同的行为。

通过该模型，他们能够解释昆虫的神经反应如何增强对食物相关气味的行为反应，并在注射血清素后继续忽略非食物气味。

拉曼说：“这让我们了解到神经调节剂如何整体影响神经回路并产生特定气味的行为结果。”

拉曼表示，目前他们研究的蝗虫群属于“群居”类型。

研究的下一步是了解独居蝗虫对类似神经调节的反应。他们将观察独居蝗虫对嗅觉线索的反应，以及当蝗虫从内向转变为外向并再转回时，血清素如何影响这些神经回路。