结构变化对果蝇嗅觉神经回路学习能力的影响
神经元与认知
2025-09-25 v1 人工智能
机器学习
神经与进化计算
摘要
果蝇蘑菇体（MB）已知参与嗅觉学习和记忆；Kenyon 细胞（KC）到蘑菇体输出神经元（MBON）突触的可塑性在学习过程中起着关键作用。以往的研究集中于蘑菇体内投射神经元（PN）到肯尼恩细胞（KC）的连接；我们则研究了蘑菇体回路结构的扰动以及连接性的变化，特别是 KC 到蘑菇体输出神经元（MBON）神经回路内的变化，如何影响 MBON 区分不同气味类别的能力。我们构建了一个包含 PN、KC 和 MBON 之间连接性的神经网络。为了训练我们的模型，我们生成了十类人工输入，代表投射神经元对不同气味的响应活动。我们收集了 KC-MBON 连接数量、MBON 错误率以及 KC-MBON 突触权重等指标的数据。我们观察到，突触前 KC 数量极少的 MBON 在气味分类任务中的表现始终比其他 MBON 差。KC 的发育类型也对每个 MBON 的输出起着重要作用。我们进行了随机和靶向的 KC 消融实验，发现消融发育成熟的 KC 对 MBON 学习能力的负面影响大于消融未成熟的 KC。对 KC-MBON 突触连接的随机和靶向修剪实验，其结果与消融实验基本一致。为了进一步探索不同类型的 KC，我们还在 PN 到 KC 回路中进行了重连实验。我们的研究加深了我们对嗅觉神经可塑性的理解，并为理解一般的学习和记忆提供了重要线索。理解嗅觉回路如何处理和学习，也可能在人工智能和神经退行性疾病的治疗中具有潜在应用。
引用
@article{arxiv.2509.19351,
title = {The Impact of Structural Changes on Learning Capacity in the Fly Olfactory Neural Circuit},
author = {Katherine Xie and Gabriel Koch Ocker},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.19351},
year = {2025}
}