科學家解碼了哺乳動物的大腦如何感知氣味 與一種神經末梢束有關
2020-12-06 前瞻網科學家解碼了哺乳動物的大腦如何感知氣味 與一種神經末梢束有關
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科學家已經進一步解碼了哺乳動物大腦如何感知氣味，以及如何從數千種氣味中區分一種氣味。
在小鼠的實驗中，紐約大學格羅斯曼醫學院的研究人員首次創造了一種被大腦嗅覺處理中心嗅球感知為氣味的電子信號，儘管這種氣味並不存在。
由於氣味模擬信號是人造的，研究人員可以操縱相關神經信號的時間和順序，並確定哪些變化對小鼠準確識別「合成氣味」的能力最重要。
「解碼大腦如何分辨氣味是複雜的，部分原因是，與視覺等其他感官不同，我們還不知道單個氣味最重要的方面。」研究負責人、紐約大學朗格尼健康中心的博士生Edmund Chong說。「例如，在面部識別中，大腦可以根據視覺線索(比如眼睛)來識別人，即使看不到人的鼻子和耳朵。」Chong說，「但是大腦記錄下的每種氣味的特徵還沒有被發現。」
目前的研究結果發表在6月19日的《科學》雜誌網絡版上，主要關注動物和人類鼻子後面的嗅球。過去的研究表明，空氣中與氣味有關的分子會觸發排列在鼻子裡的感受器細胞，將電信號發送到叫做腎小球的神經末梢束，然後發送到腦細胞(神經元)。
研究人員說，每種氣味的腎小球激活的時間和順序都是獨一無二的，信號隨後會被傳輸到大腦皮層，而大腦皮層控制著動物感知、反應和記憶氣味的方式。但是，由於氣味可以隨著時間的推移而變化，並與其他氣味混合在一起，迄今為止，科學家們一直難以通過幾種類型的神經元精確地追蹤單一氣味的特徵。
在這項新的研究中，研究人員設計的實驗是基於另一個實驗室對小鼠進行基因改造，使它們的腦細胞能被照射在它們身上的光激活，這種技術被稱為光遺傳學。接下來，他們訓練小鼠識別由6個光激活的腎小球所產生的信號——這種信號與氣味所誘發的模式相似——只有當它們感覺到正確的「氣味」並推動一個槓桿時，才給予它們水作為獎勵。
如果小鼠在激活一組不同的腎小球(模擬不同的氣味)後再推槓桿，它們就得不到水。利用這個模型，研究人員改變了激活腎小球的時間和混合激活，注意到每一個改變如何影響小鼠的感知，反映在一個行為上：它對合成氣味信號的反應的準確性以獲得獎勵。
具體來說，研究人員發現，改變每一組氣味中最先被激活的腎小球，會使小鼠正確感知氣味信號並獲得水的能力下降30%。每組中最後一個腎小球的變化只導致嗅覺準確度下降5%。
研究人員說，腎小球激活的時間「就像旋律中的音符」一起工作，早期「音符」的延遲或中斷會降低準確性。在他們的模型中，對何時、多少、以及哪些受體和腎小球被激活的嚴格控制，使研究小組能夠篩選許多變量，並確定哪些氣味特徵突出。
「現在我們有了一個模型來分解腎小球激活的時間和順序，我們可以檢查嗅球識別特定氣味所需的最小數量和種類的受體。」研究高級研究員和神經生物學家Dmitry Rinberg博士說。
Rinberg是紐約大學朗格尼分校及其神經科學研究所的副教授，他說，人類鼻子已知有大約350種不同的氣味受體，而小鼠的嗅覺則更為特殊，有1200多種。
「我們的研究結果首次確認了大腦如何將感覺信息轉化為對某種東西的感知，在這個例子中是氣味。」 Rinberg補充道，「這讓我們更接近於回答我們研究領域長期存在的問題，即大腦是如何提取感官信息來激發行為的。」
編譯/前瞻經濟學人APP資訊組
原文來源：
https://medicalxpress.com/news/2020-06-scientists-decode-brain.html
https://science.sciencemag.org/content/368/6497/eaba2357
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