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本文揭示了果蝇如何通过蘑菇体肯扬细胞群体的时间分散活动来编码和记忆气味呈现的持续时间。研究人员发现，不同肯扬细胞在气味刺激后特定时间点依次激活，形成一种群体时钟，该时钟可通过多巴胺能信号进行校准，使果蝇能够准确预测不同延迟的惩罚时间。这一发现为理解大脑如何通过分布式神经网络表征时间提供了重要见解。
时间感知是动物适应环境的关键能力，从巴甫洛夫的狗在特定时间点分泌唾液，到鸽子按固定间隔啄食等待奖励，再到兔子在预期气流喷面前眨眼，这些行为都需要大脑内部有一个精确的"时钟"来测量时间间隔。然而，大脑如何编码、存储和回忆时间信息，尤其是秒级范围的时间间隔，一直是神经科学领域的核心问题。
在《Current Biology》上发表的最新研究中，Kropf、Talbot等人深入探究了果蝇如何通过其蘑菇体中的肯扬细胞(Kenyon cell, KC)群体来编码气味呈现的时间信息。研究人员发现，这一神经群体作为一个"光谱计时器"，通过时间上分散的活动模式来表征时间的流逝。
为揭示这一机制，研究团队采用了全细胞膜片钳技术，记录了果蝇七种不同类型肯扬细胞在2秒气味刺激期间的电压变化和动作电位。他们发现，不同肯扬细胞对同一气味的响应在时间上高度分散，有些细胞在气味开始后立即激活，而其他细胞则在稍晚的时间点达到峰值活动。这种时间上的分散性使得整个肯扬细胞群体能够覆盖从气味开始到结束的整个时间窗口。
特别值得注意的是，当研究人员通过光遗传学方法在气味呈现后的特定时间点(3秒或7秒)激活多巴胺能神经元(提供负性强化信号)时，果蝇学会了在相应的时间点做出回避反应。这种行为定时表明，肯扬细胞群体活动确实携带了时间信息，且该信息可通过学习进行调整。
进一步分析显示，蘑菇体输出神经元(mushroom body output neuron, MBON)能够读取肯扬细胞群体的时间编码。当特定的肯扬细胞-蘑菇体输出神经元突触在强化时间点被多巴胺调节后，这些连接强度的变化使得果蝇能够在后续遇到相同气味时，在"预期"的惩罚时间点做出回避反应。
研究团队用于揭示这一时间编码机制的关键技术方法包括：利用特异性GAL4品系靶向不同肯扬细胞亚群进行膜片钳记录；通过光遗传学激活特定多巴胺能神经元(PPL1-α′2α2)进行定时强化；使用球形跑步机量化果蝇的回避行为定时；以及通过高斯混合模型和贝叶斯因子分析对神经活动和行为数据进行统计建模。
不同肯扬细胞类型对气味的响应时间各异
研究人员系统记录了αβs、αβc、αβp、α′β′ap、α′β′m、γm和γd七种肯扬细胞对七种不同气味的响应。结果显示，不同肯扬细胞类型对气味的响应概率和强度存在显著差异，其中α′β′肯扬细胞的响应概率最高，而αβ肯扬细胞的响应概率最低。单个肯扬细胞对气味的响应具有高度时间稀疏性，但其群体活动则几乎均匀覆盖整个刺激时间窗口。
肯扬细胞群体活动可解码时间信息
通过将不同个体的膜电位记录组合成伪群体活动，研究人员发现肯扬细胞群体的活动随时间演变，形成可解码的时间轨迹。留一交叉验证分析显示，从肯扬细胞群体活动解码时间信息的确定系数(R2)高达0.99，表明该群体确实作为一个精确的群体时钟运作。
气味特异性时间编码
不同气味激活的肯扬细胞群体虽然组成不同，但都能产生等效的时间表征。就像以相同节奏演奏的不同乐谱，每种气味特有的肯扬细胞群体活动轨迹提供了相似的时间测量能力。
蘑菇体输出神经元读取时间戳
记录蘑菇体输出神经元MBON-α2sc的活动发现，其在学习后特定时间点的活动抑制与先前的强化时间点吻合。这表明通过异突触可塑性，多巴胺能在特定时间点修饰了活跃的肯扬细胞-蘑菇体输出神经元突触，从而在蘑菇体输出神经元活动中留下了"时间戳"。
行为验证时间编码功能
行为实验证实，果蝇确实能学会在不同时间点(3秒或7秒)对特定气味做出回避反应。这种学习到的定时行为需要蘑菇体电路的完整性，且其时间精确度随时间延长而降低，符合时间感知的韦伯定律。
该研究首次在果蝇中揭示了蘑菇体肯扬细胞群体作为光谱计时器的机制，通过时间上分散的神经元活动来编码时间信息。这种群体时钟不仅解释了果蝇如何学习时间间隔，也为理解其他物种中类似的时间编码机制提供了框架。值得注意的是，这种计时机制与小脑样结构中的自适应过滤模型高度相似，表明不同脑区可能采用相似的计算策略来解决时间处理问题。
这一发现对理解大脑如何通过分布式网络表征时间具有重要意义。与传统的起搏器-累加器模型不同，光谱计时器利用神经元群体的集体动力学而非单个细胞的ramp活动来编码时间，这既提高了系统的鲁棒性，又允许同时存储多个时间间隔。未来研究可进一步探索这种群体时钟机制在其他认知功能中的普遍性，以及其与其它时间处理机制(如振荡器模型)的相互作用。
