构建嗅觉脑植入体  

研究人员正在开发一种可以恢复嗅觉的设备,就像人工耳蜗恢复听力一样

一种可以恢复嗅觉的植入物将涉及放置在大脑嗅球(箭头)上的电极。

科学来源

当斯科特·摩尔黑德告诉人们他闻不到气味时,他们通常会开玩笑说他是多么幸运——他一定不会被脏尿布或人们放屁所困扰。“所有的笑话都很搞笑,”摩尔黑德带着一丝讽刺意味说道。但他的嗅觉丧失也意味着他容易受到天然气泄漏和食物烧焦的威胁。他对自己身上的气味感到不自在,所以他会多洗澡。而且他不得不放弃自己最喜欢的爱好之一:用异国情调的口味搭配葡萄酒。

在一次脑震荡导致摩尔黑德六年前失去嗅觉后,这些损失占据了他的全部思绪。“仅仅知道我再也闻不到我妻子或孩子们的味道了”就让他难以接受,他说。

尽管控制嗅觉的神经通常可以在受伤后再生——它们是已知唯一可以快速自我替换的神经元——但摩尔黑德的损伤过于严重。他现在患有嗅觉缺失症,这意味着他的嗅觉消失了。但他正在参与弗吉尼亚联邦大学(VCU)医学院和哈佛医学院发起的一项新兴努力,旨在开发一种部分植入式设备,该设备可以帮助脑损伤患者解码和解释日常气味。


支持科学新闻

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。


嗅觉研究比视觉和听觉研究落后几十年,费城莫奈尔化学感官中心嗅觉神经科学家、副研究员乔尔·梅因兰德说,他没有参与这项新工作。他说,嗅觉研究获得的资金少于其他感官的研究。而且嗅觉涉及许多感觉成分。视觉需要解释来自三种类型受体的输入,味觉涉及 40 种,嗅觉涉及 400 种。

令人惊讶的是,有大量人群的嗅觉受损——根据一项全国调查,美国 40 岁及以上的成年人中有 23% ,另一项调查显示,80 岁及以上的人群中有 62.5% 。弗吉尼亚联邦大学教授理查德·科斯坦佐说,这种衰退可能是由损伤、慢性鼻窦问题、遗传或衰老造成的。科斯坦佐研究嗅觉已有四十年,并且是开发新设备的倡议的共同领导者。科斯坦佐说,嗅觉常常被认为无关紧要,但它有助于味觉,因此无法闻到气味的人有营养不良以及社会隔离的风险。

梅因兰德说,存在一些嗅觉恢复治疗方法,包括嗅觉训练,人们在其中反复接触某些气味并练习识别它们。其他治疗方法可能会发现嗅觉丧失的具体原因,例如慢性鼻窦炎。但对于像摩尔黑德那样遭受损伤的人来说,这些方法都无效。

嗅觉,像所有感官一样,是一个多步骤的过程。气味,在技术上称为气味分子,通过鼻子或嘴巴进入,穿过一层粘液,然后与嗅觉受体神经元结合。这种结合会触发电信号,到达大脑嗅球的某些部位。“一个神经细胞可能对布朗尼蛋糕有反应,但对磅蛋糕没有反应,而它的邻居可能正好相反,”马萨诸塞州眼耳医院鼻科主任、哈佛医学院副教授埃里克·霍尔布鲁克说。“一个神经细胞可能对多种化学物质有反应,但它们具有一定的特异性。”

霍尔布鲁克正在与弗吉尼亚联邦大学团队合作,他现在正试图找到一种捷径来刺激大脑的嗅球,然后触发嗅觉。研究人员最终计划创造一种设备,其运作方式有点像人工耳蜗,这是一种部分恢复听力的电子设备。人工耳蜗将声音转化为大脑解释的电信号;以类似的方式,弗吉尼亚联邦大学-哈佛团队希望将化学气味转化为有用的电信号。霍尔布鲁克 2 月份在国际过敏与鼻科学论坛上发表了一项研究,表明鼻腔和鼻窦中的电刺激可以让健康人感知到气味,即使气味不存在。霍尔布鲁克说,这与恢复失去嗅觉的人的嗅觉相去甚远,但这却是朝着这个方向迈出的重要一步。

人工耳蜗有一个戴在耳后的外部声音处理器,其中包括麦克风和微型计算机。该组件将信号传输到皮肤下的内部部件,该部件刺激耳蜗中的神经,耳蜗是将声音振动转化为神经冲动的器官。同样,弗吉尼亚联邦大学-哈佛团队设想一种可能安装在鼻子下方——或眼镜上的设备,包括气味传感器和小型外部微处理器,以及刺激嗅球不同区域的内部部件,科斯坦佐说。

弗吉尼亚联邦大学人工耳蜗外科医生丹尼尔·科埃略正在与科斯坦佐合作,他说研究人员仍然必须改进传感器,以便它们能够区分足够多的气味才能发挥作用。该计划是缩小和加快气味处理,例如所谓的电子鼻所进行的气味处理,电子鼻用于炸弹探测和识别变质食物。此外,研究人员必须确定最佳的手术方法,以安全地植入可以刺激大脑感知气味的设备。

科埃略说,开发这种嗅觉植入物需要数年时间,但这并非不可能。“这是一个非常直接的想法。我们没有发明任何全新的东西,”他指出。相反,该团队正在以一种新的方式将现有技术结合在一起。

摩尔黑德在试图教当时六岁的孩子如何滑滑板时,从滑板上摔下来受伤,他对恢复嗅觉并不乐观。但他不想错过帮助他人的机会,包括研究人员。“这似乎是痛苦地显而易见的,”摩尔黑德说,“这就是我应该做的事情。”

© . All rights reserved.