數(shù)學(xué)模型將氣味反應(yīng)行為 神經(jīng)活動(dòng)和基因聯(lián)系起來

人類和動(dòng)物通過神經(jīng)細(xì)胞檢測不同的刺激，如光、聲音和氣味，然后將信息傳遞給大腦。神經(jīng)細(xì)胞必須能夠適應(yīng)它們接收到的各種刺激，這些刺激可以從非常弱到非常強(qiáng)。為此，他們可能對(duì)刺激變得或多或少敏感(敏化和習(xí)慣)，或者他們可能對(duì)較弱的刺激更敏感，對(duì)更強(qiáng)的刺激不那么敏感，以獲得更好的整體反應(yīng)(獲得控制)。然而，這種情況發(fā)生的確切方式尚不清楚。

為了更好地理解增益控制的過程，日本名古屋市立大學(xué)木村教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組對(duì)線蟲線蟲進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蠕蟲第一次聞到難聞的氣味時(shí)，它的神經(jīng)細(xì)胞對(duì)弱刺激和強(qiáng)刺激都會(huì)表現(xiàn)出大量、快速增加和持續(xù)的反應(yīng)。

然而，在接觸氣味后，對(duì)弱刺激的反應(yīng)變小和變慢，但對(duì)強(qiáng)刺激的反應(yīng)仍然很大，類似于第一次接觸氣味時(shí)的反應(yīng)。由于氣味暴露的經(jīng)歷導(dǎo)致蠕蟲更有效地遠(yuǎn)離氣味，神經(jīng)細(xì)胞改變了它們的反應(yīng)以更好地適應(yīng)使用增益控制的刺激。

然后研究人員使用數(shù)學(xué)模型來理解這個(gè)過程。數(shù)學(xué)建模是一種強(qiáng)大的工具，可用于更好地理解復(fù)雜的生物過程。他們發(fā)現(xiàn)，“對(duì)第一次氣味的反應(yīng)”由快和慢兩部分組成，而“接觸后的反應(yīng)”僅由慢部分組成，這意味著氣味體驗(yàn)會(huì)抑制快部分以實(shí)現(xiàn)增益控制。

他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，這兩種反應(yīng)都可以用一個(gè)簡單的微分方程來描述，并且慢分量和快分量分別對(duì)應(yīng)于蠕蟲感覺到的氣味濃度的一階和二階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)的泄漏積分。這項(xiàng)研究的結(jié)果表明，先前的氣味體驗(yàn)似乎只會(huì)抑制快速成分所需的機(jī)制。

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