科学家通过激活和沉默脑细胞群来调节味觉

大多数人可能认为，我们是通过舌头感知五种基本的味道——甜、酸、咸、苦和鲜味(美味)，然后把信号发送给我们的大脑，“告诉”我们吃了什么。然而，科学家们颠覆了这一观点，在老鼠身上证明了通过操纵大脑中的细胞群来改变食物味道的能力。

这项研究结果今天公布的在在线版自然．

“味觉，你和我思考它的方式，最终是在大脑中，”研究负责人查尔斯·s·祖克博士说，他是生物化学和分子生物物理学教授神经科学的成员卡弗里脑科学研究所和莫蒂默·b·朱克曼思维大脑行为研究所哥伦比亚大学医学中心(CUMC)霍华德休斯医学研究所研究员。“舌头上专门的味觉感受器能感知甜或苦等，但是大脑赋予这些化学物质意义。”

祖克博士实验室的主要目的是了解大脑是如何将对化学刺激的检测转化为感知的。在过去十年左右的时间里，祖克博士和他的同事证明，舌头上的每种味道都有专门的受体，每一类受体都向大脑发送特定的信号。最近，他们证明了每一种味道都是由位于大脑皮层不同位置的独特脑细胞感知的，从而在大脑中生成了一幅味觉质量的地图。

科学家们利用光遗传学技术，用激光直接激活特定的神经元。祖克实验室的博士后研究员彭乐庆(音)研究了在不让老鼠真正品尝甜味或苦味的情况下，操纵这些大脑区域的神经元是否能唤起老鼠对甜味或苦味的感知。(选择甜味和苦味是因为这两种味道对人类和其他动物来说是最重要和最容易识别的。甜味能让人辨别出富含能量的营养物质，而苦味则警告人们不要摄入潜在的有毒化学物质。)

“在这项研究中，我们想知道大脑中的特定区域是否真的代表甜和苦。如果他们这样做了，不管我们给它们多少，沉默这些区域将阻止动物尝出甜或苦，”他说。“如果我们激活这些区域，它们尝起来应该是苦的或甜的，即使它们得到的只是白水。”

这正是研究人员所观察到的。当科学家向老鼠体内注射一种物质，让它们的甜味神经元安静下来时，老鼠无法可靠地识别甜味。然而，它们仍能察觉到苦味。当药物从大脑中排出后，这些动物恢复了尝甜味的能力。相反，让苦味神经元安静下来可以阻止老鼠识别苦味，但它们仍然能尝到甜味。

值得注意的是，研究人员还能让这些动物认为它们尝起来是苦的或甜的，即使它们只是喝水。当研究人员在饮酒时激活甜味神经元时，他们观察到与甜味相关的老鼠的行为反应，比如舔舐次数显著增加。相反，刺激苦味神经元会显著抑制舔舐，并引发经典的味觉排斥反应，包括呕吐行为的激活。彭教授说，这些结果表明，通过操纵代表甜味和苦味的大脑中枢，他们可以直接控制动物的感官知觉和行为行为。

研究人员还对从未尝过甜或苦化学物质的动物进行了光遗传学测试，结果表明，激活相应的神经元会触发相应的行为反应。“这些实验正式证明了味觉是完全固定的，独立于学习或经验，”祖克博士说，“这与嗅觉系统不同。”气味并没有与生俱来的意义，除非你把它们与经历联系起来。一种味道可能对你很好，但对我很糟糕。(当然，作为人类，我们最终会学会喜欢苦味，不喜欢糖。)

在最后一组实验中，研究人员训练动物通过执行一项新的行为任务来报告口头施加的甜和苦刺激的身份，让研究人员测试动物的味道。在实验中，老鼠有时会尝到苦、甜和咸的化学物质，但在其他时候，研究人员使用激光激活动物的甜或苦皮层区域。老鼠的行为在真实和虚拟味觉之间没有区别，这表明光线模拟了对苦和甜的感知。“换句话说，味觉完全在大脑中，”祖克说。

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