Nature改写关于哺乳动物大脑如何探测和处理气味的观点

　　

弗朗西斯克里克研究所和伦敦大学学院的研究人员发现，老鼠能够感知气味结构极其快速和微妙的变化，并以此来指导它们的行为。这项研究结果发表在今天(星期三)的《自然》杂志上，它改变了目前关于哺乳动物大脑如何探测和处理气味的观点。

气味羽状物，就像一杯热咖啡冒出的蒸汽，是复杂的、经常是湍流状的结构，可以传递有关动物周围环境的有意义的信息，比如捕食者的行动或食物来源的位置。但之前人们认为，哺乳动物的大脑不能完全处理这些短暂的嗅觉变化，因为它们发生得太快了，比动物的嗅觉要快得多。

通过行为实验，将老鼠暴露在令人难以置信的短时间气味爆发、神经成像、电生理学和计算机模型中，科学家们发现，老鼠实际上可以探测到气味羽毛中非常快速的波动，其速率以前认为是不可能的。他们还表明，老鼠可以利用这些信息来区分气味的来源是相同的还是不同的，即使它们彼此非常接近。

这表明，哺乳动物负责嗅觉的嗅觉系统也是处理物理空间和环境意识的关键，并指导对生存至关重要的决策。

Andreas Schaefer，克里克感觉电路和神经技术实验室的高级作者和组长，伦敦大学学院神经科学教授说:“从进化的角度来看，我们的发现是有道理的，因为它们有助于解释为什么嗅球(鼻子向其发送信号的大脑区域)有如此强大的计算能力。”它不仅可以从气味中处理化学物质，还可以计算物理距离和来源的信息。进化在大脑的这一部分创造了这样的处理能力，如果不是用来帮助物种生存的话，那才是奇怪的。”

在一个关键的实验中，科学家们训练老鼠检测两种气味是来自同一来源还是不同的来源。即使这些气味是以每40赫兹持续40秒的短暂信号释放出来的，老鼠也能够正确地辨别出这种差异。

托拜厄斯·阿克尔斯是克里克大学感觉电路和神经技术实验室的博士后，他说:“之前关于嗅觉的研究是基于假设，即老鼠不能分辨气味羽流中细微的、波动的信息。

“我们已经证明老鼠能够获取并处理这些信息——这为研究大脑开辟了一个新的维度;我们可以进行实验，以自然的方式更有效地触发神经元，并挑战嗅球。这将让我们进一步了解大脑的这一部分是如何工作的，以及关于世界的信息是如何被神经回路提取的。”

作为研究的一部分，科学家们设计了新的技术，包括一种高速气味传送装置和能够同时高精度测量多种气味的设备。

这些创新将使对嗅球进行更复杂的工作成为可能，增加我们对这一大脑区域如何处理环境信息和影响行为的知识。最终，该团队的目标是建立对感官回路如何将外部世界与内部思维和行动联系起来的理解。

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Ackels, T. et al. (2021). Fast odour dynamics are encoded in the olfactory system and guide behaviour. Nature. 10.1038/s41586-021-03514-2