科學(xué)家已經(jīng)將一種人造氣味直接植入老鼠的大腦。盡管這并不意味著虛擬嗅覺技術(shù)很快就會(huì)出現(xiàn)，但發(fā)表在6月18日的《科學(xué)》雜志上的這項(xiàng)研究結(jié)果仍然為大腦如何處理信息提供了更多線索。

紐約冷泉港實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算生物學(xué)家Saket Navlakha說，有關(guān)合成氣味的細(xì)節(jié)可能有助于回答“嗅覺方面的基本問題”，他沒有參與這項(xiàng)研究。

感官方面的研究為我們打開了一扇窗，讓我們了解大腦是如何將外界的信號(hào)轉(zhuǎn)化為感知的，以及這些感知是如何引導(dǎo)行為的。

為了在老鼠的大腦中制造人造氣味，研究人員使用了光遺傳學(xué)技術(shù)，這是一種光刺激基因工程神經(jīng)細(xì)胞發(fā)出信號(hào)的技術(shù)。

紐約大學(xué)格羅斯曼醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)學(xué)家Dima Rinberg和他的同事將目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)了老鼠嗅球的神經(jīng)細(xì)胞。

在那里，一簇被稱為腎小球的神經(jīng)末梢組織了從鼻子中接收到的氣味信號(hào)。

就像在鋼琴上彈奏一首小曲一樣，Rinberg和他的同事們以一定的順序激活了六個(gè)點(diǎn)的神經(jīng)細(xì)胞(每個(gè)點(diǎn)可能包括一個(gè)到三個(gè)腎小球)。

這種神經(jīng)旋律被設(shè)計(jì)成真實(shí)氣味如何影響神經(jīng)細(xì)胞的簡化版本(目前還不清楚人造氣味對(duì)老鼠來說到底是什么味道)。

老鼠學(xué)會(huì)了通過舔兩個(gè)噴水口中的一個(gè)來發(fā)出人造氣味的信號(hào)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這種合成氣味并不客觀存在，但老鼠表現(xiàn)得好像聞到了它。在“聞到”人造氣味之后，老鼠就會(huì)很可靠地舔到正確的噴嘴。

其他被打亂的信號(hào)，也由光遺傳學(xué)傳遞，并沒有引起同樣的反應(yīng)。

就像一串音符組成旋律一樣，被研究者刺激的單個(gè)點(diǎn)共同建立了對(duì)氣味的感知。

不過，由于這種氣味完全是人工合成的，研究人員可以對(duì)其進(jìn)行處理。

通過稍微改變產(chǎn)生人工氣味的信號(hào)，研究人員可以測試出哪些特征的序列是重要的，哪些變化使氣味變得無法識(shí)別。

嗅覺序列的開始似乎是關(guān)鍵。

當(dāng)研究人員調(diào)換了前幾個(gè)點(diǎn)的活動(dòng)順序時(shí)，老鼠辨別氣味的難度要比改變了末尾幾個(gè)點(diǎn)的活動(dòng)順序時(shí)大得多。

而且開始時(shí)的誤點(diǎn)比結(jié)束時(shí)的誤點(diǎn)更重要。

“如果你修改了開頭幾個(gè)音符，你很容易就會(huì)毀了這首歌，”Rinberg說。

加州拉霍亞市索爾克生物研究所(Salk Institute for Biological Studies)的計(jì)算神經(jīng)科學(xué)家塔吉雅娜·沙皮(Tatyana Sharpee)說，這個(gè)結(jié)果支持了一個(gè)名為首因效應(yīng)(primacy effect)的觀點(diǎn)，即在序列中最先出現(xiàn)的神經(jīng)信號(hào)分量更大。沙皮沒有參與這項(xiàng)研究。

更普遍地說，這些結(jié)果為神經(jīng)活動(dòng)的變化如何影響感知提供了一個(gè)例子，Sharpee說。

“最終，這暗示了神經(jīng)密碼的基本屬性。”

Sharpee懷疑類似的特性可能適用于大腦處理的其他類型的信息，包括視覺和聽覺信號(hào)，甚至可能適用于更復(fù)雜的任務(wù)，如記憶。

她說，這些過程都依賴于相同的基本轉(zhuǎn)換——“編碼輸入輸出的一般數(shù)學(xué)問題”。通過這種方式，大腦接收到關(guān)于世界的信息，并將其組裝成有用的感知。

除了追蹤合成氣味進(jìn)入大腦的其他部位，Rinberg和他的同事們還想測試一下類似的規(guī)則是否也適用于真實(shí)的氣味。

“人工合成的氣味太棒了。這是一個(gè)超級(jí)有趣的工具，”Rinberg說。

“但說到底，我想知道氣味是如何在大腦中形成的。”

編譯/前瞻經(jīng)濟(jì)學(xué)人APP資訊組

原文來源：

https://www.sciencenews.org/article/scientists-built-artificial-smell-mouse-brain-nerve-cells

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