酸、甜、苦、鮮、咸這五種基本的味覺信息都由中樞味覺系統負責檢測和響應^[1]。其中甜味和鮮味的味覺受體細胞（taste-receptor cells，TRCs）負責促進攝入能量豐富和蛋白質豐富的食物^[2]。而苦和酸味的受體則幫助動物識別有毒和變質的食物，并對其產生厭惡^[3]。在過去的研究中人們已經發現TRCs將感知到的味覺信息傳遞到孤束核頭側(rNTS)，隨后依次傳遞到臂旁核、丘腦腹側后內側核，最后到達處理味覺信息最高等級中樞-味覺皮層（Gustatory cortex）^[4]。味覺皮層又與大腦中負責情緒、進食等的相關腦區交流，從而驅動喚醒味覺相關的行為^[5]。

當動物尋找食物時，短期味覺記憶可為動物提供近期味覺體驗，為動物提供實時比較潛在食物來源，做出適當的選擇。2023年11月8日美國哥倫比亞大學的Charles S. Zuker團隊在Neuron雜志上發表文章揭示味覺皮層興奮性神經元持續激活形成的記憶印跡維持短期味覺記憶的工作機制^[6]。Charles S. Zuker團隊也是味覺領域重要的奠基人。

研究人員首先建立了一個形成短期味覺記憶的行為實驗范式：具體操作為A氣味伴隨甜味溶液出現時，小鼠需要選擇左側出水口獲得獎賞；A氣味伴隨苦味溶液出現后，小鼠需要特定延遲期內選擇右側出水口獲得水獎賞；B氣味伴隨糖溶液出現后，小鼠需要選擇右側出水口獲得水獎賞；B氣味伴隨苦溶液出現后，小鼠則需要選擇左側出水口獲得水獎賞。通過一段時間的訓練，小鼠可以在隨機可變的時間內做出特定氣味相對應的味覺溶液的位置，獲得獎賞，形成短期味覺記憶（圖1A）。但研究者們也觀察到隨著延遲期的延長A氣味相關的糖溶液和苦味溶液任務完成準確率逐漸降低，但B氣味相關的糖溶液任務的完成則不受延遲期間長度的影響（圖1B）。

圖1.短期味覺記憶行為實驗范式的建立

接下來研究者們對主要響應苦味刺激的核團：島葉皮層的后部神經元（Gustatory Cortex-bitter，GCbt）進行了觀察。在向小鼠GCbt區注射AAV-CaMKII-Cre及AAV-Synapsin-Flex-GCaMP6s病毒后，研究者們通過光纖記錄的方式觀察了GCbt神經元的電活動（圖2A）。研究結果顯示苦味刺激（Cyx，Quinine）會顯著激活GCbt的神經元（圖2C），而在味覺受體缺失（TRPM5 KO）的動物中，幾乎觀察不到GCbt的電活動（圖2D）。但在短期味覺記憶模型中，可以持續觀察到GCbt神經元鈣活動（圖3B-D）。

圖2. 苦味刺激會引起GCbt神經元響應

圖3. 短期味覺記憶模型中GCbt神經元持續激活

為了排除GCbt的持續激活是由于舌頭上殘余的苦味物質引起的，研究人員通過光遺傳學結合鈣成像排除了這個原因。研究者們在rNST區域（向腦內傳輸苦味信號的中間核團）中注射AAV-EF1a-DIO-hChR2，模擬舌頭對苦味的感受。并同時向GCbt注射AAV-CamKIIGCaMP6s記錄GCbt的鈣活動（圖4A）。實驗結果顯示抑制rNST并不會影響GCbt的激活（圖4B）。這個實驗也排除了舌頭上殘余的苦味物質的作用。

圖4.抑制rNST并不會影響GCbt神經元的活動。

那么GCbt的持續激活是否與短期味覺記憶存在相關性？于是研究人員對GCbt進行了更深入的觀察。他們首先發現在延長延遲期時，小鼠對短期味覺記憶測試的正確率會升高（圖5B），甚至可以從60%提高至80%（圖5C-E），這個實驗結果表明GCbt的持續激活與動物的短期記憶表現相關。于是研究者們進一步通過光遺傳學操縱GCbt神經元（向GCbt區注射AAV-DIO-ChR2）并對其短期記憶的表現進行了評估。實驗結果顯示在苦味刺激期間和delay期間抑制GCbt神經元都能抑制動物對苦味的記憶（圖6A、B），而激活GCbt的VIP神經呀可以抑制GCbt中抑制性神經元的活動，從而可以解除對GCbt神經元的抑制，結果發現動物對苦味的記憶會顯著延長（圖6C）。

綜上，這項工作以苦味記憶為例，解析了GCbt神經元維持短期苦味記憶的神經生物學機制。

圖5. GCbt的持續激活與小鼠短期記憶任務正確率呈正相關

圖6. 抑制GCbt神經元活動可減弱動物苦味記憶