人类和其他动物如何区分腐烂海鲜的气味或成熟香蕉的诱人香味？纽约大学朗格尼健康中心及其同事的新研究利用人工制造的气味来帮助揭示使一种气味与另一种气味区分开来的复杂事件链。研究结果今天发表在《科学》杂志上。
在鼻子的深处有数百万个感觉神经元，它们与我们的眼睛和耳朵一起，帮助我们 conjur 出我们周围的世界。当受到有气味的化学物质或气味剂的刺激时，它们会将神经冲动发送到数千个神经元簇，即肾小球，它们构成了嗅球，即大脑的气味中心。已知肾小球激活的不同模式会产生特定气味的感觉。激活一组肾小球会引发菠萝的感知；激活另一组会引发泡菜的感知。
与其他感觉（如视觉和听觉）不同，科学家们不知道大脑使用特定气味的哪些特性来感知它。当您看到一个人的脸时，您可能会记住眼睛，这有助于您在未来认出这个人。但是，耳朵和鼻子在大脑如何代表这个人方面可能不太重要。这项新研究的作者试图确定形成大脑中气味表征的区分特征。
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为了做到这一点，他们使用了一种称为光遗传学的技术来激活小鼠的肾小球。光遗传学使用光来刺激大脑中的特定神经元。它可以帮助确定特定大脑区域的功能。
通过激活肾小球中某些活动模式，研究人员生成了小鼠感知为真实的“合成气味”。他们首先训练啮齿动物识别六个特定肾小球的开启，导致它们感知到研究人员未知的气味。当小鼠识别出正确的气味并从喷嘴中获得水时，它们会获得水奖励。当其他肾小球被激活（产生不同的气味）时，则没有奖励。
然后，研究作者改变了激活肾小球的时间和混合，并观察这样做如何影响小鼠的行为。这一步使他们能够确定每个肾小球对于准确识别气味的重要性。实际上，给定的肾小球充当嗅球内自己的微型感觉器官。
他们发现肾小球激活的顺序对于气味感知至关重要。当他们改变首先激活哪个肾小球时，小鼠感知正确气味的能力下降了 30%。当他们改变最后一个激活的肾小球时，检测能力仅下降了 5%。
“我们创建了一种人工激活模式，或者说人工气味，并训练小鼠识别它，”该论文的资深作者、纽约大学朗格尼分校的神经科学家德米特里·林伯格解释说。“然后我们修改了该模式，以查看哪些线索对于形成对它的感知最重要。问题是，我们不知道小鼠实际闻到的是什么——是苹果还是橙子，是臭的还是令人愉悦的！”
林伯格将气味感知比作歌曲的旋律：音符——在本例中代表激活的肾小球——很重要。但如果没有正确的时机，歌曲或感知体验就会崩溃。更改旋律的第七个音符可能不会被注意到。交换前两个可能会产生全新的曲调。当我们闻到气味时，不仅与哪些肾小球被激活有关，还与它们遵循的时间顺序有关。
哈佛大学生物学教授文卡特什·N·默蒂专门研究嗅觉神经科学，但未参与这项研究，他指出，有大量证据表明肾小球激活模式与气味感知有关。不确定性在于，更高的大脑区域是否“读取”这些激活模式来识别气味，以及激活顺序有多重要。“林伯格及其同事表明，时间很重要，”他说，“而且，此外，最早激活的神经元对于识别气味比那些稍后激活的神经元更重要。在歌曲类比中，就好像前几个音符是识别乐曲的关键（想想贝多芬的第五交响曲！）。”
林伯格希望将其研究更深入地推进到大脑中，以了解一旦接收到来自嗅球的信息，器官的其他区域如何帮助感知气味和物体。“我们离电影《黑客帝国》又近了一小步，”他开玩笑说。这部电影描绘了一个世界，它让位于智能计算机，这些计算机将人类贬低到一个在他们的大脑中创建的共享模拟现实中——类似于研究人员设计人工气味的方式。“从某种意义上说，我们用气味重现了这部电影，”林伯格补充道。