嗅覺利用快速動力學編碼不同氣味
- 發佈時間：2014-12-19 10:30:00 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 最近，美國耶魯大學約翰·比爾實驗室和耶魯醫學院的神經科學家發現，小鼠能通過嗅覺系統的暫態動態變化，識別出極微小的氣味差異。相關論文發表在最近的《公共科學圖書館·生物學》上。
嗅球是分辨氣味的腦區。以往研究顯示，嗅球中的嗅小球被氣味激活，排列成不同空間模式，代表著不同的氣味刺激，這些模式作為激活標記，由嗅覺受體細胞投射模式支援。隨後的研究提出，這些氣味模式是隨時間而演變的。無論麻醉鼠還是清醒鼠，在它們的嗅球中，嗅小球的激活模式會根據氣味和濃度的不同，隨著時間而變化。研究神經元對氣味反應動態模式的就是嗅覺動力學。
據每日科學網12月16日報道，為了檢驗了這一假設，研究人員利用光控基因技術對小鼠的嗅球神經元進行了精確控制。這種方法在控制嗅覺系統神經元上，比以往用化學氣味控制要精確得多。“光嗅覺”小鼠只需13毫秒就能分辨出一些“虛擬氣味”的動力學差異。因為嗅球展示的動態神經活動一般是幾十毫秒時間，13毫秒的限值表明小鼠能分別出這些動態。
他們錄製了一組小鼠嗅球動態模式簡短“動畫片”，再把這些“動畫片”投射給另一組“無辜”小鼠的嗅球。結果顯示，沒有聞過氣味，只接受神經投射的小鼠確實能分辨“動畫片”中的氣味，證明了嗅球神經動力學包含著與氣味相關的基本資訊。
“這一數據令人興奮，這是第一次證明了嗅球神經活動的即時動力學，對動物研究有著重要意義。”論文第一作者、副教授賈斯特斯·維漢根指出，“在光基因學成為一種新工具之前，我們沒辦法檢驗這是不是真的，我們能看到神經元激活的這些動態，但不能把它返回到腦中，也就無法驗證它在分辨氣味差別中的作用。”
新發現建立在早期證據的基礎上，小鼠的嗅覺過程包括鼻子嗅到的即時資訊。“以往研究發現，當小鼠一聞到氣味，它們的嗅覺系統就會受刺激，並精確確定與這些味道相關的時間。而現在我們知道，小鼠還能通過比較神經元之間的活動，直接獲得這些資訊。”
維漢根説：“因此我們認為，無論鼻子有沒有聞嗅，神經群動態學對氣味識別都非常重要。一次聞嗅是一個‘開始’信號，大腦從此開始分析不同的時刻打開了哪些不同的神經元，但在沒有聞嗅時，大腦獨立地也會這麼做，使用早期的神經活動激活自己，作為‘開始’信號。但我們還不知道這兩種即時資訊是怎樣相互作用的。”
（常麗君）
