2020年5月12日

鼻子如何解读复杂的气味

乍看上去

  • 研究人员使用先进的3D成像技术,展示了鼻子中的受体如何帮助解码小鼠中复杂气味混合物的气味。
  • 这些发现增加了我们对大脑如何感知异味的理解,并可能有助于揭示为什么某些疾病会导致异味消失。
小鼠嗅觉组织的3D SCAPE视频。

小鼠嗅觉神经元实时响应气味混合物。当单个细胞被气味激活时,它们的绿色荧光增强。 Hillman和Firestein实验室

当您闻到气味时,实际上是在呼吸微小分子。这些分子刺激鼻子内部较高的专门神经细胞,称为嗅觉感觉神经元。鼻子里有几百万个这样的细胞。它们各自产生约500种不同类型的气味受体中的一种,从而使其能够选择性地捕获特定的气味分子集。

使用简单气味的研究表明,当我们闻到某种气味时,就会激活特定的神经元组合。这种活动的结合形成了一条编码信息,该信息被发送到大脑,然后被认为是一种特殊的气味。

但是,由几种不同的气味分子组成的更复杂的气味如何产生独特气味的感觉尚不清楚。有些气味甚至可以掩盖其他气味。这些相互作用是发生在鼻子中还是涉及大脑如何解释气味的组合,目前尚不清楚。

为了研究如何编码有关复杂气味的信息,Dr。哥伦比亚大学的伊丽莎白·希尔曼(Elizabeth Hillman)和斯图尔特·费尔斯坦(Stuart Firestein)对老鼠鼻子组织中的嗅觉感觉神经元进行了成像,因为它暴露于不同的气味混合物。这项工作部分由美国国立卫生研究院(NIH)的聋哑及其他沟通障碍国家研究所(NIDCD)和大脑研究通过先进的创新技术(BRAIN)计划资助。结果于2020年4月10日发布在 科学.

研究人员使用称为SCAPE显微镜的尖端超快3D成像技术同时测量了数千种细胞反应。神经元中的荧光化合物使他们能够看到哪些细胞被不同的气味激活。他们将组织暴露在不同气味的组合下,包括“杏仁”,“花香/茉莉花”和“柑橘”。

单独使用时,气味显示出简单的细胞编码模式,类似于先前的研究。但是,当两种或三种气味混合在一起时,就会出现更复杂的神经细胞反应系统。

科学家发现,一种气味可能会改变细胞对另一种气味的反应,即使第一种气味在单独传递时不会触发该细胞的反应。这种相互作用会影响神经元反应的强度,从而增强或抑制神经元偏好气味的作用。结果,发送到大脑的混合气味的代码与根据每种气味的正常神经细胞信号响应的总和所预测的代码不同。

希尔曼说:“我们的研究结果表明,气味分子可以掩盖其他气味,而不是通过压倒其他气味,而是通过改变细胞对其的反应方式来掩盖其他气味。”

“从垃圾到科隆,我们每天遇到的气味是由成百上千种个体气味组成的,” Firestein解释说。 “您早上喝咖啡可以包含800多种不同类型的气味分子。尽管已经做了很多工作来了解鼻子和大脑如何共同识别各种气味,但是科学家们长期以来一直在努力解释当多种气味混合在一起时该系统如何工作。”

这些发现提供了关于大脑如何解码信息以产生感觉和知觉的新见解。它们还可以使人们更好地理解为什么某些神经系统疾病和疾病(例如阿尔茨海默氏病,帕金森氏病以及流感和COVID-19等病毒)会导致气味丧失。

相关链接

参考文献: 周围嗅觉编码中受体驱动的广泛调制。徐L,李W,Voleti V,邹DJ,希尔曼EMC,Firestein S. 科学。 2020 Apr 10; 368(6487)。 pii:eaaz5390。 doi:10.1126 / science.aaz5390。 PMID:32273438。

资金: NIH的国家神经疾病和中风研究所(NINDS),国家耳聋和其他交流障碍研究所(NIDCD)和国家癌症研究所(NCI);国防部;西蒙斯基金会;卡夫里脑科学研究所;和国家科学基金会。