当它们在我们厨房里围着一批香蕉烦人地嗡嗡作响时，果蝇似乎与哺乳动物几乎没有共同之处。但作为科学的典范物种，研究人员发现我们与喜爱水果的微小昆虫之间的相似之处越来越多。

在一项新的研究中，加州大学圣地亚哥分校卡夫利脑与心智研究所(KIBM)的研究人员发现，果蝇(Drosophilamelanogaster)的认知能力比以前认为的要先进。使用定制的沉浸式虚拟现实环境、神经遗传学操作和体内实时大脑活动成像，科学家们于2月16日在《自然》杂志上提出了新证据，证明果蝇和哺乳动物的认知能力之间存在显着联系。

他们的多层次研究方法发现果蝇的注意力、工作记忆和类似意识的意识能力，认知能力通常只在哺乳动物中测试。研究人员能够观察到他们微小大脑中记忆痕迹的形成、分心和最终消退。

“尽管缺乏明显的解剖学相似性，但这项研究说明了我们的日常认知功能——我们关注什么以及我们如何做到这一点，”该研究的资深作者、加州大学圣地亚哥分校生物科学系教授、副教授拉尔夫格林斯潘说。KIBM董事。“由于所有的大脑都是从一个共同的祖先进化而来的，我们可以根据分子特征和我们存储记忆的方式来绘制苍蝇和哺乳动物大脑区域之间的对应关系。”

为了了解他们新发现的核心，研究人员创建了一个身临其境的虚拟现实环境，以通过视觉刺激测试苍蝇的行为，并将显示的图像与红外激光相结合，作为一种厌恶的热刺激。近360度的全景竞技场让果蝇可以在保持系绳的同时自由拍打翅膀，并且随着虚拟现实根据它们的翅膀运动不断更新(使用高速机器视觉相机实时分析)，它给了果蝇在世界上自由翱翔的错觉。这使研究人员能够通过允许昆虫远离与负热刺激相关的图像并朝向与热无关的第二图像定向来训练和测试苍蝇的调节任务。

他们测试了两种调节变体，一种是给果蝇视觉刺激，在时间上与热量重叠(延迟调节)，两者都一起结束，或者第二种是微量调节，通过在展示后等待5到20秒来传递热量，然后去除视觉刺激。中间时间被认为是苍蝇在其大脑中保留视觉刺激的“痕迹”的“痕迹”间隔，这是哺乳动物注意力、工作记忆和意识意识的特征。

研究人员还对大脑进行了成像，以使用他们在脑细胞中基因工程改造的荧光分子实时跟踪钙活动。这使得研究人员能够记录苍蝇的生活记忆的形成和持续时间，因为他们看到在苍蝇的短期(工作)记忆中保持的痕迹时断时续地闪烁。他们还发现，在训练过程中引入的分心——一股柔和的空气——会使视觉记忆更快地消退，这标志着研究人员第一次能够证明果蝇的这种分心，并暗示果蝇在记忆形成中需要注意力。

“这项工作不仅表明果蝇能够进行这种更高形式的微量调节，而且学习就像哺乳动物和人类一样容易分心，而且果蝇中这些注意力和工作记忆过程背后的神经活动与那些在哺乳动物中，”加州大学圣地亚哥分校KIBM研究人员和新研究的主要作者DhruvGrover说。“这项工作表明果蝇可以作为研究高级认知功能的强大模型。简而言之，果蝇继续对它的智能程度感到惊讶。”

。然后旋转虚拟现实图像以反映飞行的方向。图片来源：加州大学圣地亚哥分校KIBM的DhruvGrover

科学家们还确定了果蝇大脑中记忆形成和消退的区域——该区域被称为果蝇中央复合体的椭圆体，该区域对应于人脑中的大脑皮层。

此外，研究小组发现，这种学习和更高的认知功能需要神经化学多巴胺。数据显示，多巴胺反应越来越多地发生在学习过程的早期，最终预测了即将到来的热刺激。

研究人员现在正在研究注意力是如何在大脑中进行生理编码的细节。Grover认为，从该模型系统中吸取的经验教训可能会直接帮助我们了解人类认知策略和破坏它们的神经疾病，但也有助于新的工程方法，从而导致人工智能设计的性能突破。