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快速變化的氣味可以使小鼠了解太空

導(dǎo)讀 弗朗西斯·克里克研究所(Francis Crick Institute)和倫敦大學(xué)學(xué)院(UCL)(倫敦大學(xué)學(xué)院)的研究人員發(fā)現(xiàn),老鼠可以感覺到氣味結(jié)構(gòu)的極其快速

弗朗西斯·克里克研究所(Francis Crick Institute)和倫敦大學(xué)學(xué)院(UCL)(倫敦大學(xué)學(xué)院)的研究人員發(fā)現(xiàn),老鼠可以感覺到氣味結(jié)構(gòu)的極其快速而細(xì)微的變化,并以此來指導(dǎo)其行為。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)發(fā)表在今天(星期三)的《自然》雜志上,改變了關(guān)于如何在哺乳動(dòng)物的大腦中檢測和處理氣味的當(dāng)前觀點(diǎn)。

像從一杯熱咖啡中蒸出的蒸汽一樣,異味羽流是復(fù)雜的且通常是湍流的結(jié)構(gòu),可以傳達(dá)有關(guān)動(dòng)物周圍環(huán)境的有意義的信息,例如掠食者的活動(dòng)或食物來源的位置。但是以前人們認(rèn)為,哺乳動(dòng)物的大腦無法完全處理這些氣味的暫時(shí)變化,因?yàn)樗鼈儼l(fā)生得如此之快,比動(dòng)物的嗅覺要快得多。

通過行為實(shí)驗(yàn),老鼠暴露于難以置信的短時(shí)間氣味中,神經(jīng)成像,電生理學(xué)和計(jì)算機(jī)模型,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),事實(shí)上,老鼠能夠以以前認(rèn)為不可能的速率檢測到氣味羽流中的非??焖俚牟▌?dòng)。他們還表明,老鼠可以使用此信息來區(qū)分氣味是來自相同還是不同的來源,即使它們彼此之間非常接近也是如此。

這表明負(fù)責(zé)嗅覺的哺乳動(dòng)物嗅覺系統(tǒng)在處理對物理空間和周圍環(huán)境的意識方面也很關(guān)鍵,可以指導(dǎo)對生存至關(guān)重要的決策。

UCL克里克感官電路和神經(jīng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室高級作者兼小組負(fù)責(zé)人,UCL神經(jīng)科學(xué)教授Andreas Schaefer說:“從進(jìn)化的角度來看,我們的發(fā)現(xiàn)很有意義,因?yàn)樗鼈冇兄诮忉尀槭裁磿泻芏嘤?jì)算能力在嗅球中,鼻子向鼻子發(fā)送信號的部分,不僅是處理氣味中的化學(xué)物質(zhì),而且還可以計(jì)算有關(guān)物理距離和來源的信息。大腦的這一部分,如果不被用來幫助物種生存的話。”

在一項(xiàng)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)中,科學(xué)家對小鼠進(jìn)行了培訓(xùn),以檢測兩種氣味是來自同一來源還是來自不同來源。即使散發(fā)出短時(shí)氣味,每只只持續(xù)40秒(40 Hz),這些老鼠仍能夠正確地區(qū)分這種差異。

克里克(Crick)感覺電路和神經(jīng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的博士后Tobias Ackels說:“以前對嗅覺的研究是在小鼠無法分辨出氣味羽流中細(xì)微波動(dòng)信息的前提下進(jìn)行的。

“我們已經(jīng)證明,老鼠可以訪問和處理這些信息-這為研究大腦開辟了一個(gè)新領(lǐng)域;我們可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn),以更自然的方式更有效地觸發(fā)神經(jīng)元并挑戰(zhàn)嗅球。這將使我們能夠找到進(jìn)一步了解大腦的這一部分是如何工作的,以及有關(guān)神經(jīng)回路如何提取有關(guān)世界的信息。”

作為研究的一部分,科學(xué)家設(shè)計(jì)了新技術(shù),包括高速氣味傳輸設(shè)備和可以同時(shí)以極高的精度測量多種氣味的設(shè)備。

這些創(chuàng)新將使嗅球的工作變得更加復(fù)雜,從而增加我們對大腦區(qū)域如何處理有關(guān)環(huán)境的信息并影響其行為的了解。最終,該團(tuán)隊(duì)旨在建立對感覺回路如何將外部世界與內(nèi)部思想和行動(dòng)聯(lián)系起來的理解。

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