基底前脑的谷氨能投射神经元在嗅觉联想情感价值赋予中的作用

大脑如何学会喜好或厌恶一种气味

日常体验——比如渴望咖啡香或闻到酸奶而退避——依赖于大脑将情感价值附着于气味的能力。本研究探讨了一个位于大脑深处的区域——基底前脑，如何帮助小鼠学习某种气味是否预示着愉快的事物（如丰盛的食物）或不愉快的事物（如轻微电击）。理解这一过程有助于阐明大脑如何将中性感觉转化为指导行为的强烈动机。

连接感知与动机的枢纽

基底前脑因其在觉醒、注意和学习中的作用而闻名，这主要通过释放乙酰胆碱的细胞实现。但该区域也包含谷氨能投射神经元——向许多参与奖赏、惩罚和决策的大脑区域发送快速兴奋性信号的细胞。研究者将注意力集中在称为对角带水平肢的一部分，该处既接收嗅觉信息又向嗅觉相关区域反馈信号。他们的疑问是，这一特定的谷氨能神经元群是否有助于将简单的气味信号转化为学习到的“好”或“坏”的价值，从而驱动行为。

中性气味起初并不突出

研究团队在小鼠头部安装微小透镜和微型显微镜，记录基底前脑单个神经元在呈现中性气味时的活动。他们发现许多神经元对气味有反应，但这些反应范围广且重叠：单个神经元常对多种不同气味有反应，且有许多细胞根本没有反应。当研究者用计算模型试图从所有记录到的神经元的联合活动中“解读”呈现的是哪种气味时，解码结果并不优于随机。这种情况即便对那些天生对小鼠不愉快的气味也是如此。换言之，在基线状态下，这些细胞既没有清晰地标示出气味的种类，也没有区分气味是天然吸引还是厌恶的。

学习将气味变为有意义的信号

一旦气味与有意义的结果配对，情况发生了显著变化。科学家训练小鼠，使原本中性的某种气味预示可以获得高脂食物奖励，而另一种气味预示短暂足部电击。第三种气味不与任何结果配对，第四种只是反复呈现以引起习惯化。在行为上，小鼠学会了去寻求与食物相关的气味并回避与电击相关的气味。在基底前脑中，对奖励和惩罚相关气味的反应都增强了，且一些先前沉默的神经元开始被激活。群体水平的分析显示，条件化气味的活动模式彼此分化，并有别于对照气味，解码模型现在可以可靠地区分这些学到的气味。神经元对与电击相关气味的响应尤其可靠，这表明特别显著的负面经历会在该回路中留下强烈印记。

沉默或驱动这些神经元会改变小鼠的学习

为检验这些神经元是否是嗅觉学习所必需，研究团队使用化学遗传学工具在气味辨别任务期间暂时抑制其活动。小鼠在简单测试中仍能闻到气味并区分它们，但在学习哪两种新气味中哪一种预示水奖励时，被抑制基底前脑谷氨能神经元的小鼠学习更慢且总体表现更差。在另一组实验中，研究者使用对光敏感的蛋白在呈现中性气味的瞬间精确地激活或抑制这些神经元。将气味与激活配对会促使小鼠后来回避该气味，而将气味与抑制配对则使小鼠更偏好该气味。简而言之，在闻到气味的瞬间改变该细胞群的活动，就足以在本来无意义的气味上打上负面或正面的价值标签。

这对日常体验和疾病有何意义

这项工作表明，基底前脑中的一类特定细胞起初并不将气味标记为好或坏，但通过经验学习逐渐编码它们的情感价值。通过在训练后加强和重塑它们的响应，这些神经元有助于将简单的感觉输入转化为驱动接近或回避的动机信号。由于同一回路与参与奖赏、情绪和压力的大脑区域相通，这些发现有助于解释为何某些提示——比如最爱食物的气味或让人想起不愉快事件的气味——会对行为产生强大影响，并提示在赋值过程出错时（例如成瘾、焦虑或抑郁）可能的干预靶点。

引用: Chin, PS., Ding, Z., Kochukov, M. et al. Glutamatergic projection neurons in the basal forebrain underlie learned olfactory associational valence assignments. Nat Commun 17, 1608 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68313-7

关键词: 嗅觉学习, 基底前脑, 神经情感编码, 动机行为, 谷氨能神经元