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Science:揭示哺乳动物如何感知和区分气味!

2020年07月07日 浏览量: 评论(0) 来源:生物谷 作者:生物谷 责任编辑:yjcadmin
摘要:科学家已经进一步解码了哺乳动物大脑如何感知气味,以及如何从数千种气味中区分一种气味。

科学家已经进一步解码了哺乳动物大脑如何感知气味,以及如何从数千种气味中区分一种气味。

在老鼠的实验中,纽约大学格罗斯曼医学院的研究人员首次创造了一种被大脑嗅觉处理中心嗅球感知为气味的电子信号,尽管这种气味并不存在。

由于气味模拟信号是人造的,研究人员可以操纵相关神经信号的时间和顺序,并确定哪些变化对老鼠准确识别"合成气味"的能力最重要。

"解码大脑如何分辨气味是复杂的,部分原因是,与视觉等其他感官不同,我们还不知道单个气味最重要的方面,"研究负责人、纽约大学朗格尼健康中心的博士生Edmund Chong女士说。"例如,在面部识别中,大脑可以根据视觉线索(比如眼睛)来识别人,即使看不到人的鼻子和耳朵,但是大脑记录下的每种气味的特征还没有被发现。"


图片来源:Dancing Lemon Studio

目前的研究结果近日发表在《科学》(Science)杂志网络版上,主要关注动物和人类鼻子后面的嗅球。过去的研究表明,空气中与气味有关的分子会触发排列在鼻子里的感受器细胞,将电信号发送到叫做glomeruli的神经末梢束,然后发送到脑细胞(神经元)。

研究人员说,每种气味的glomeruli激活的时间和顺序都是独一无二的,信号随后会被传输到大脑皮层,而大脑皮层控制着动物感知、反应和记忆气味的方式。但是,由于气味可以随着时间的推移而变化,并与其他气味混合在一起,迄今为止,科学家们一直难以通过几种类型的神经元精确地追踪单一气味的特征。

在这项新的研究中,研究人员设计的实验是基于另一个实验室对老鼠进行基因改造,使它们的脑细胞能被照射在它们身上的光激活,这种技术被称为光遗传学。接下来,他们训练老鼠识别由6个光激活的glomeruli所产生的信号--这种信号与气味所诱发的模式相似--只有当它们感觉到正确的"气味"并推动一个杠杆时,才给予它们水奖励。

如果小鼠在激活一组不同的glomeruli (模拟不同的气味)后再推杠杆,它们就得不到水。利用这个模型,研究人员改变了激活glomeruli的时间和混合,注意到每一个改变如何影响老鼠的感知,反映在一个行为上:它对合成气味信号的反应,以获得奖励的准确性。

具体来说,研究人员发现,改变每一组气味中最先被激活的glomeruli,会使老鼠正确感知气味信号并获得水分的能力下降30%。每组中最后一个glomeruli的变化只导致嗅觉准确度下降5%。

研究人员说,glomeruli激活的时间"就像旋律中的音符"一起工作,早期"音符"的延迟或中断会降低准确性。在他们的模型中,对何时、多少、以及哪些受体和glomeruli被激活的严格控制,使研究小组能够筛选许多变量,并确定哪些气味特征突出。

现在研究人员有了一个模型来分解glomeruli激活的时间和顺序,他们可以检查嗅球识别特定气味所需的最小数量和种类的受体。

人类鼻子已知有大约350种不同的气味受体,而老鼠的嗅觉则更为特殊,有1200多种。

研究结果首次确认了大脑如何将感觉信息转化为对某种东西的感知,在这个例子中是气味,这让牙痛溶液更接近于回答他们研究领域长期存在的问题,即大脑是如何提取感官信息来激发行为的。


参考资料:

Manipulating synthetic optogenetic odors reveals the coding logic of olfactory perception Science  19 Jun 2020: Vol. 368, Issue 6497, eaba2357 DOI: 10.1126/science.aba2357

Scientists decode how the brain senses smell


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