从经验中学习都是在时间上

从经验中学习都是在时间上

当动物探索它们的环境时，它们学会了控制它。例如，通过发现捕食者攻击之前的声音，或者气味可以预测晚餐，他们发展出一种生物洞察力——一种根据已经发生的事情预测接下来会发生什么的方法。现在，洛克菲勒的科学家们发现，动物的教育不仅取决于它获得了什么经验，还取决于它何时获得这些经验。

通过对果蝇的研究，研究人员发现，一种气味对动物来说可能是吸引人的，也可能是令人厌恶的，这取决于这种气味相对于奖励的出现时间。发表在《细胞》(Cell)杂志上的一篇报道中描述的这项研究还揭示，动物能够快速修正这些记忆，并展示了这一过程在细胞层面上是如何展开的——这些洞见可能不仅适用于苍蝇，还适用于整个动物王国的学习。

从最基本的层面来说，记忆是一系列的联想:在喂狗之前摇铃，最终狗会学会一听到铃声就流口水。“在这种情况下，铃声出现在食物之前，因此可以预测奖励，”凡妮莎·鲁塔(Vanessa Ruta)实验室的研究生安妮·汉德勒(Annie Handler)说。“但我们怀疑，动物们发现的重要事件并不只有一个顺序。他们还应该能够从奖励后的线索中提取意义。”例如，如果一只狗在吃完饭后听到铃声，那么它应该与铃声产生一种消极的联系，因为这意味着食物的结束。为了更好地理解时间是如何影响记忆的，Ruta和Handler研究了果蝇的大脑和行为。

研究人员没有给这些动物提供美味的食物，而是使用了一种叫做光遗传学的技术来刺激神经元，这种神经元在动物获得奖励时通常会变得活跃，这种方法可以让它们精确地控制正面反馈的时间。他们发现，如果这些神经元在闻到中性气味后立即受到刺激，果蝇就会对这种气味产生吸引力。相反，如果他们在让苍蝇闻同样的气味之前激活神经元，动物就会开始避免这种气味。汉德勒说:“时间上的差异只有一到两秒钟，但苍蝇形成了完全相反的联想。”“在大脑的某个地方，这一秒的差别——气味是在奖赏之前还是之后——产生了巨大的差别。”

大脑对时间的感知似乎是直觉的;但是神经元如何在细胞水平上编码事件序列还远不清楚。相对来说，苍蝇的大脑体积较小，结构简单，为研究这种现象背后的神经回路提供了一个独特的机会——而鲁塔和汉德勒正是这样做的。

为了确定苍蝇如何辨别事件发生的时间，研究人员监测了一个叫做蘑菇体的大脑区域的变化。众所周知，这个区域与联想学习有关，包括携带气味信号的肯扬细胞、携带奖励信号的多巴胺神经元，以及控制苍蝇对气味吸引力的输出神经元。

肯扬细胞与输出神经元的连接可以是强连接，也可以是弱连接;多巴胺调节这些连接或突触的强度。如果探测到特定气味的肯扬细胞与输出神经元形成微弱的连接，动物就会被这种气味吸引;然而，如果这个突触变得更强，这种气味将变得毫无意义，甚至会让动物反感。通过分析这种连接类型，Ruta和Handler发现了一种信号通路，可以增强或减弱突触，具体取决于多巴胺神经元活跃的确切时刻。“这个通路对时间很敏感，所以多巴胺神经元在闻到气味之前或之后是否被激活，对蘑菇体内细胞间的连接强度有着至关重要的影响，”鲁塔说。“我们相信这是大脑计算事件顺序的机制。”

通过对这一途径的修修补补，研究人员还发现，它们可以快速地使强突触变弱，反之亦然，这表明记忆可以像形成一样迅速地被抹去。当他们分析果蝇的行为时，他们发现了进一步的证据，证明它们有能力修正心理联想。“我们进行了50次试验。每次我们把气味的时间与奖励的时间相对应;每一次，这种动物或多或少都会被这种气味所吸引，这取决于它一分钟前的经历。”汉德勒说。

换句话说，即使苍蝇之前学会了把气味和奖励联系起来，如果气味不能预测未来的奖励，它也能很快忘记这种联系。记忆不是一成不变的;相反，它们位于突触中，突触可以随着动物环境和经历的改变而改变。事实上，这个实验强调，生存不仅取决于形成记忆的能力，还取决于忘记它们。“我们每天都能记住很多事情，所以我们会牢牢记住那些后来被证明具有预测性的记忆;我们剔除不正确或不相关的联想，”鲁塔说。“当你生活在一个动态的环境中——苍蝇和人类都是这样——这似乎是一个非常好的策略。