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五年来, 郭爱克领导的学习与记忆实验室(中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所;
中国科学院生物物理研究所脑与认知科学国家重点实验室)在国家自然科学基金的资助下,以果蝇为模式动物,从基因－脑－行为－认知相结合的角度，在学习/记忆和抉择行为的分子细胞和神经整合机制的研究以及与记忆相关的神经退行性疾病的研究方面取得重要成果和研究进展。特别是果蝇面对两难视觉线索的抉择行为以及视觉和嗅觉之间跨模态学习记忆的协同和传递的两项研究,
先后分别在Science(2001年11月16日和2005年7月8日)以报告形式发表。
1.果蝇面对两难视觉线索的抉择行为
认知神经科学的基本目标是理解智力和创造性,诸如"推理"和"期望"等是如何在脑内发生，为了回答这个问题,就必须理解决策（decision-making）,抉择（choice-making）和行动（action）的基本特性,以及它们的分子、细胞和神经整合机制。抉择是一种基于知识与经验，权衡利弊得失，从可供选择的全部操作集合中，选择最为有利者之能力。为了揭示果蝇利用知识应对环境变化的能力,他们开创了果蝇"两难抉择"研究。证明了果蝇可以学习视觉模式的形状、颜色线索来指导飞行定向行为。之后当遇到形状与颜色代表的意义出现矛盾时，果蝇可以根据颜色和形状线索的"突显"(salient)性质,在两种相互竞争的视觉线索之间作出稳定而明确的趋利避害的非线性的"胜方全拿"的抉择(winner_
take_
all),体现了"两利相权取其重,两害相权取其轻"的自然法则。但是突变体果蝇(mbm1)(其脑内的蘑菇体减小或缺失)和羟基尿处理的蘑菇体发育被剥夺的果蝇（HU-flies）的这种决择能力却显著的削弱了,其抉择行为仅是对两个冲突线索的"价值"做减法运算。该研究不仅首次发现了果蝇具有基于"价值取向"的抉择能力，证明基于知识和经验的抉择不应被看作是人或非人灵长类的专利,证明了果蝇脑中的蘑菇体参与这一过程，为理解脑的这一智能行为提供了更为简单的模型生物和新的抉择范式。
2.果蝇的跨视觉和嗅觉模态的学习记忆的协同共赢和传递效应
在现实生活中，人们经常会谈到《协同》《合作》《共赢》。生命体在自然演化的历史长河中，被"武装"了视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、痛觉等不同的感知觉通道或称作模态。神经科学界常讲的跨模态信息的"整合"、"匹配"、"传递"、"捆绑"、"协同"等，是脑与认知研究的热点问题之一[5-7]。他们在经典的视觉飞行模拟器上，"嫁接"了嗅觉气味调控系统,在国际上率先实现了对个体果蝇的嗅觉操作式条件化:在飞行模拟器上，训练单只果蝇记住两种不同的气味3-octanol(OCT,三辛醇)
和4-methylcyclohexanol(MCH,四甲基环已醇)所分别代表的飞行方向，哪种气味所代表的飞行方向是"危险"的，即会受到红外光
(λ=10060 nm) 的热惩罚，哪种气味所代表的飞行方向是"安全"的，
即不会受到惩罚。另一方面,视觉输入是在每个90°相限的高/低不同的水平条带,高/低条纹重心之间的垂直角距离就作为视觉模式变量嗅觉气味(OCT)与(MCH)的呈现分别与视觉上/下条纹做固定搭配。这样一来，视、嗅操作条件化就可以在同一台飞行模拟器上同步实施或各自独立地单独进行。
他们将单独的视觉(高/低条纹重心的垂直距离)和嗅觉 ((OCT)与(MCH)浓度)的输入衰减到单独都不再能引起具有统计意义的学习/记忆效果，但是它们同步地提供给单只实验果蝇，实施双模态共操作条件化时,发现二者之间的"弱-弱"联合，竟然能导致跨模态的学习记忆的非线性放大。通俗地讲,达到了（1＋1>2）的非线性的"协同共赢"的增强效果。
他们还发现,在双模态共操作条件化之后，视觉和嗅觉的单模态的记忆各自都分别生成了有统计意义的记忆。这表明双模态之间不仅实现了
"协同共赢"，而且还体现了"互利互惠"。
他们进一步发现，在"预操作条件化"的范式中,记忆信息可以从被条件化的模态向未被条件化的模态传递，对后者的记忆也"伴随而生"。
探索多模态记忆协同对我们如何生成概念、达到对客观事务的完整认知、推理、问题求解和"个性与共性"的关系都有重要的认知意义。
果蝇作为研究学习记忆的模式生物，将有可能在探索"智与愚"的生物基础的科学活动中有所作为。 |
