嗅觉利用快速动力学编码不同气味 对动物研究有重要意义
最近，美国耶鲁大学约翰·比尔实验室和耶鲁医学院的神经科学家发现，小鼠能通过嗅觉系统的瞬时动态变化，识别出极微小的气味差异。相关论文发表在最近的《公共科学图书馆·生物学》上。
嗅球是分辨气味的脑区。以往研究显示，嗅球中的嗅小球被气味激活，排列成不同空间模式，代表着不同的气味刺激，这些模式作为激活标记，由嗅觉受体细胞投射模式支持。随后的研究提出，这些气味模式是随时间而演变的。无论麻醉鼠还是清醒鼠，在它们的嗅球中，嗅小球的激活模式会根据气味和浓度的不同，随着时间而变化。研究神经元对气味反应动态模式的就是嗅觉动力学。
据每日科学网12月16日报道，为了检验了这一假设，研究人员利用光控基因技术对小鼠的嗅球神经元进行了精确控制。这种方法在控制嗅觉系统神经元上，比以往用化学气味控制要精确得多。“光嗅觉”小鼠只需13毫秒就能分辨出一些“虚拟气味”的动力学差异。因为嗅球展示的动态神经活动一般是几十毫秒时间，13毫秒的限值表明小鼠能分别出这些动态。
他们录制了一组小鼠嗅球动态模式简短“动画片”，再把这些“动画片”投射给另一组“无辜”小鼠的嗅球。结果显示，没有闻过气味，只接受神经投射的小鼠确实能分辨“动画片”中的气味，证明了嗅球神经动力学包含着与气味相关的基本信息。
“这一数据令人兴奋，这是第一次证明了嗅球神经活动的即时动力学，对动物研究有着重要意义。”论文第一作者、副教授贾斯特斯·维汉根指出，“在光基因学成为一种新工具之前，我们没办法检验这是不是真的，我们能看到神经元激活的这些动态，但不能把它返回到脑中，也就无法验证它在分辨气味差别中的作用。”
新发现建立在早期证据的基础上，小鼠的嗅觉过程包括鼻子嗅到的即时信息。“以往研究发现，当小鼠一闻到气味，它们的嗅觉系统就会受刺激，并精确确定与这些味道相关的时间。而现在我们知道，小鼠还能通过比较神经元之间的活动，直接获得这些信息。”
维汉根说：“因此我们认为，无论鼻子有没有闻嗅，神经群动态学对气味识别都非常重要。一次闻嗅是一个‘开始’信号，大脑从此开始分析不同的时刻打开了哪些不同的神经元，但在没有闻嗅时，大脑独立地也会这么做，使用早期的神经活动激活自己，作为‘开始’信号。但我们还不知道这两种即时信息是怎样相互作用的。”
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