那是什么味道?嗅探的好处

由日本理化研究所发育生物学中心(CDB)的Takeshi Imai领导的研究人员发现了与嗅探相关的身体和感官感知是如何分开的，以及为什么嗅探可以帮助识别气味，这两个问题困扰了科学家多年。发表在神经元12月6日，研究人员在老鼠身上使用了一个系统控制气流和气味传递的系统，结果显示气味是由每次嗅嗅时大脑活动的时间或阶段的精确差异编码的，这种现象被称为阶段编码。

想象一下当你开车经过一家巧克力工厂时的味道。香气中的每一种化合物都会激活你鼻子中的特定神经元，这些神经元会汇聚在嗅球大脑的一个叫做肾小球的结构。这样，巧克力就会激活“巧克力”肾小球。当你鼻子里的神经元被空气推动时，它们也会做出反应，但在这种情况下，激活没有那么特异性。所以嗅嗅会激活“巧克力”和“非巧克力”肾小球。从大脑的角度来看，它如何分辨从肾小球接收到的信号是否包含气流信息气味信息?

Imai解释道，答案在于时机。“令人惊讶的是，我们发现神经元的时间放电模式可以区分气流驱动的机械信号和气味产生的信号。不仅如此，我们还发现机械感实际上是通过充当时间模式的起搏器来改善嗅觉的。”

为了得出这一发现，研究小组设计了一个系统，人工控制老鼠有节奏的嗅探。他们首先让老鼠吸入脱臭的空气，然后记录大脑肾小球神经元的活动。他们发现大量的肾小球在气流的作用下被激活，其活性的上升和下降周期与人工嗅探的频率相匹配。然而，虽然比率相同，肾小球是出来的阶段彼此之间。例如，一个肾小球可能在每次嗅嗅后200毫秒最活跃，另一个可能在230毫秒最活跃，另一个可能在400毫秒最活跃。通过观察用钙显像产生的肾小球活动的相位图，可以最好地理解这个相位代码。

接下来，研究小组观察了增加气流和气味刺激对肾小球活动阶段的影响。他们发现，增加气流速度增加了肾小球的活动量，但并没有太大的改变它们的阶段。相反，当他们向老鼠展示气味时，他们发现在嗅嗅周期内，肾小球活动的时间发生了显著的变化。进一步的测试表明，无论气味浓度是多少，相的变化量都是相同的。这一发现表明，气味和气流刺激可以通过观察肾小球活动的阶段来区分，而该阶段表明气味的特性与浓度无关。

但为什么鼻子中的神经元对气压如此敏感呢?为了回答这个问题，研究小组研究了在气流人为恒定，没有任何节奏的情况下，人们对气味的反应。他们发现，持续的气流降低了相位编码的精度，尤其是在气味浓度较低的情况下，这将使区分一种气味和另一种气味更加困难。

Imai指出:“相位编码并不是嗅觉系统所独有的。“尽管在海马体中也发现了与记忆形成有关的多巴胺，但我们对它还知之甚少。希望我们的发现能帮助我们更好地理解神经元相互交流，以及如何从他们的信号中获得意义。”

“我们的下一步是了解嗅觉球中精确的时间模式是如何产生的，以及为什么它们受到气味的影响，而不是机械产生的信号。”

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