果蝇怎样记住一种气味

学生追踪一种气味，从感受器一直到读取气味记忆的细胞，并证明：让通路中的一层沉默，后面的一切都会被切断。

有一块全班都能看到的屏幕会更方便，但不是必需的：投影仪、电视或电脑屏幕都可以。学生需要任何一台能上网的设备，最好每两人一台：笔记本电脑、平板或手机都可以。不用安装任何东西，也不用注册账号。每一课开头都有一段简短的说明，教学生怎样看懂屏幕；每个科学术语都可以点开看解释。

突触与神经递质

每一层都通过突触把信号传给下一层。科学家认为，记忆本身就是Kenyon细胞到输出神经元之间突触强度的变化。

网络的结构怎样决定行为

这条通路是一层接一层的链条，所以让Kenyon细胞沉默后，即使气味照样进来，输出神经元也会暗下去。

兴奋与抑制

“刺激”让细胞兴奋，“沉默”让细胞保持关闭：这是本课的两件工具。在回路的这一部分，每一层都让下一层兴奋。

1. 5分钟

   导入问题

   提问：“你的大脑怎么知道某种气味是以前闻过的？”听几个猜测，然后告诉学生：今天全班要到一只果蝇的脑子里去找答案。

2. 10分钟

   用“演示给我看”做示范

   用课堂模式把课程显示在全班都能看到的屏幕上（投影仪、电视或电脑屏幕），点“演示给我看”。演示每走一步，就把那一步的文字念出来。没有共用屏幕时，学生可以在自己的设备上打开同样的演示。演示会停在本课的问题上：先不要公布答案。

3. 20分钟

   学生自主探究

   学生两人一组，用自己的设备，对照学习单操作。每次点按之前先写下预测，然后完成课程、回答课程里的问题，再试试自由探索。

4. 10分钟

   讨论

   收集各组对本课问题的回答，再用下面的讨论题展开讨论。最后说一说这个模型省略了什么。

德罗尔闻到一颗熟桃子的气味，认出上一次正是这种气味带他找到了食物，于是迎着风循着气味飞去。故事引出了本课的问题：这段记忆保存在大脑的什么地方？

每一课都以一段关于果蝇德罗尔的短漫画开头。可以把每一格念给学生听，也可以让学生自己读，大约需要一分钟。漫画的最后一格会在任务完成的画面上再次出现。

把课程投到屏幕上。在四个级别的每一级都停一下，先提出这一级的问题，再继续放大。点级别按钮可以跳到任意一级；在课程的任何时候，点放大镜按钮都能重新打开逐级放大。

1. 果蝇

   在这个身体上，你会去哪里找鼻子？

2. 大脑

   大脑占了头的大部分。你觉得是什么占了这么多地方？

3. 回路

   气味从橙色的细胞进来。你觉得它最后到达的是哪种颜色？

4. 神经元

   这个亮点是一次放电。一个细胞怎样把一种气味告诉大脑的其他部分？

身体和大脑来自两只不同的果蝇，这里按真实大小放在一起显示。请把这一点告诉学生。

在“沉默”这一步之前，学生要选出自己认为会发生的事。先让全班举手表态。这里不计分，猜错了也没有任何损失。

1. 第1步

   果蝇用触角（两根“小天线”）闻气味。点“刺激”，把一种气味送进去。注意看橙色的神经元亮起来。

   只有橙色的气味感受器亮起来。信号从回路的一端开始，而不是到处同时出现。

2. 第2步

   再点一次“刺激”，跟着颜色走。黄色的投射神经元（气味信使）把气味往大脑深处传。随后由蓝色的Kenyon细胞（气味分拣员）接手。

   颜色按顺序亮起：先橙色，再黄色，然后蓝色。信号一层接一层地往前传。

3. 第3步

   再点一下“刺激”。这次看粉色的输出神经元（记忆读取员）。它们会读取蓝色细胞的模式。

   粉色的输出神经元最后才亮，而且一定在蓝色的Kenyon细胞之后。

4. 第4步

   现在，让Kenyon细胞（气味分拣员）沉默。我们会替你送入气味。什么消失了？

   橙色和黄色照样亮，蓝色一直是暗的，粉色几乎消失。气味进来了，却没法再往前走。

5. 第5步

   再点一下Kenyon细胞（气味分拣员）的按钮，把它们重新开启。我们会送入同样的气味。

   Kenyon细胞一重新开启，粉色就回来了。什么都没有损坏：信号只是无路可走。

你让Kenyon细胞（蓝色细胞）沉默了。为什么粉色细胞暗了下去？

正确选项: 蓝色细胞把每种气味的模式传给粉色细胞。

Kenyon细胞把每种气味的模式传给输出神经元。它们沉默之后，气味仍然能到达感受器和投射神经元，但输出神经元没有东西可读。如果有学生回答“气味根本没进来”，请他们回去再看看橙色和黄色的细胞。

1. Kenyon细胞沉默的时候，气味还是进入了大脑。我们是怎么知道的？
2. 假设果蝇学会了“这种气味意味着有糖”。你觉得这个回路里哪个地方会发生变化？
3. 如果改为让黄色的投射神经元沉默，你觉得会看到什么？到自由探索里试一试。

• 学生可能会认为： 一段记忆存在某一个细胞里，就像一个文件。

  怎样纠正： 回到粉色读取蓝色的那一步。科学家认为，记忆存在于两组细胞之间许多连接的强度里，而不是在某一个细胞里。

• 学生可能会认为： 让细胞沉默会杀死或损伤它。

  怎样纠正： 把最后一步再做一遍：粉色的光马上就回来了。被沉默的细胞完好无损，只是不放电而已。

• 学生可能会认为： 这一课演示了果蝇学会一种气味的过程。

  怎样纠正： 并没有。模型展示的是记忆会存在哪里，但它的连接从不改变。请直接说明这一点，再问问学生还需要加上什么。

完整清单（附数字）

触角.

果蝇头上的两根“小天线”。果蝇用它们闻气味，就像你用鼻子闻一样。

气味感受器.

触角上的神经细胞，气味一落到上面，它们就放电。每一种气味都从这里开始。

触角叶.

气味进入果蝇大脑后的第一站。气味感受器在这里把信号交给投射神经元。

投射神经元.

把气味信号从触角叶送往大脑深处、一直送到蘑菇体的神经细胞。

蘑菇体.

昆虫大脑里一个形状像蘑菇的部分。气味在这里被分拣，气味记忆也储存在这里。

Kenyon细胞.

蘑菇体里的小神经细胞。每种气味只开启其中不同的一小撮，所以每种气味都有自己的模式。

输出神经元.

读取Kenyon细胞的模式，再把它传给大脑其他部分的神经细胞。科学家叫它们MBON，也就是蘑菇体输出神经元。

这一部分还没有填写。与官方生物课程标准的对应关系，正在和生物教师一起确认。