日本國立研究開發法人理化學研究所腦神經科學研究中心的染谷真琴特別研究員、太田和美Ⅰ級技術員、風間北斗團隊總監等人的研究團隊宣佈，成功鑑定出大腦中負責計算先天氣味價值（好惡）的細胞，並發現好惡資訊由不同的神經廻路產生。研究人員通過結合使用果蠅進行鈣成像等多種分析方法，明確了大腦側角區域為負責計算先天氣味價值的部位。該成果有望推動腦數字孿生技術的實現。相關研究成果已發表在期刊《Cell》的9月17日刊上。
圖1 基於鈣成像與光遺傳學的新型檢測技術（供圖：理化學研究所）
左：新技術示意圖；右：通過此方法標記的側角細胞群（綠色：光照射激活的螢光蛋白，紫色：標記全神經細胞的核定位螢光蛋白）。該新技術首先採用高空間解析度雙光子激發鈣成像法，在全腦範圍測量單個神經細胞對氣味刺激的活動響應。隨後僅在側角區域激活可被特定波長光激活的螢光蛋白，將由此標記出的神經細胞鑑定為側角細胞。
動物天生具備基於感官刺激價值採取利於生存行動的能力，例如會靠近愉悅的氣味，躲避不適的氣味。哺乳動物的嗅覺迴路研究顯示，初級中樞會對氣味的物理化學性質進行編碼，而接收這些資訊的高級中樞則可能從中提取氣味的價值資訊。
但是高級中樞中負責編碼氣味價值的細胞始終未被確認到，所以其具體機制也一直不明確。
已知哺乳動物與昆蟲的嗅覺系統結構與功能高度相似。果蠅對氣味表現出明確的趨避行為，可用於評估其先天氣味價值，同時，果蠅的遺傳學研究技術已較為成熟，便於評估與操作，其腦部體積小能夠全面記錄細胞群的活動。但此前缺乏全面且特異性記錄側角神經細胞活動的方法。
為此，研究團隊此次以果蠅為研究對象，開發出了結合鈣成像技術與光遺傳學的測量方法。
通過測量處理氣味資訊的高級腦區——側角細胞與蕈形體細胞群，研究團隊發現，側角中的兩個不同神經細胞群分別負責編碼特定的氣味價值。其中，一個細胞群僅對愉悅氣味產生響應，另一個則僅對不適氣味產生響應，且響應強度分別與好惡程度呈正相關。
研究團隊還構建了從神經細胞群活動中預測氣味價值的數學模式，結果顯示，利用側角細胞活動進行預測的精度高於利用蕈形體細胞活動的預測精度，這表明側角是計算先天氣味價值的中樞。
為探究這一神經廻路機制，研究團隊對詳細呈現動物神經系統內各要素間連接關係的神經廻路圖譜的連接組展開了分析。
結果顯示，初級嗅覺中樞中參與好惡行為選擇的神經細胞與特定側角細胞存在選擇性連接。在接受愉悅氣味相關輸入的側角細胞群中，側角細胞間存在顯著的抑制性連接，這表明「愉悅」資訊除來自初級嗅覺中樞輸入外，還需通過局部抑制性迴路的進一步處理才能形成。
為驗證該機制，研究人員基於連接組構建了神經網路模型進行實驗。當向模型中輸入實際初級嗅覺中樞的氣味響應時，成功再現了側角細胞對好惡氣味的特異性響應。如果去除局部抑制機制，對不適氣味響應的側角細胞依然存在，但對愉悅氣味響應的側角細胞卻消失，由此證明好惡資訊由不同的神經廻路結構生成。
風間團隊總監表示：「愉悅與不適氣味由不同連接模式的迴路進行處理，這是我們此前未曾預料到的結果。這說明在神經廻路層面，‘喜歡’並非簡單是‘討厭’的逆向過程。今後我們將繼續通過全顏面神經活動檢測與全腦連接圖譜神經活動的模擬分析，揭示腦回路的運作機制。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Cell
論文：Distinct circuit motifs evaluate opposing innate values of odors
DOI：10.1016/j.cell.2025.08.032
