立体嗅觉：盲鼠头部方向稳定编码的关键 —— 开启空间感知奥秘之门

在动物空间导航研究中，为探究立体嗅觉（stereo olfaction）能否助力形成以外部参照为中心的空间表征（allocentric spatial representations），研究人员以盲鼠为模型，对丘脑前背核（ADn）的头部方向细胞（HD 细胞）进行研究。结果发现，抑制立体嗅觉会破坏 HD 细胞调谐及头部方向偏好测试表现。这揭示了立体嗅觉对盲鼠头部方向稳定编码的重要性。

　　在奇妙的动物世界里，导航能力就像是它们生存的 “秘密武器”。从小小的蠕虫，到敏捷的苍蝇，再到聪明的啮齿动物和人类，很多生物都能利用嗅觉来指引自己在空间中的行动。其中，立体嗅觉，也就是两个鼻孔感受到的气味浓度差异，更是在动物的多种行为中发挥着重要作用，比如影响嗅觉搜索。但一直以来，科学家们都很好奇，立体嗅觉能不能帮助动物构建起以外部参照为中心的空间表征呢？这就像在黑暗中寻找一个神秘的宝藏，吸引着众多科研人员去探索。

为了揭开这个谜团，加拿大麦吉尔大学蒙特利尔神经病学研究所（Montreal Neurological Institute, McGill University）的研究人员开展了一系列研究。他们以盲鼠为研究对象，重点关注丘脑前背核（ADn）中的头部方向细胞（HD 细胞）。研究发现，立体嗅觉对于盲鼠利用嗅觉形成稳定的头部方向空间表征至关重要。这一重要成果发表在了《Nature Communications》上，为我们理解动物的空间感知机制打开了新的大门。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是电生理记录技术，通过在盲鼠的 ADn 植入电极，记录 HD 细胞的电活动；其次是行为学实验，设计了头部方向偏好测试，观察盲鼠在不同条件下的行为表现；另外，还采用了鼻孔操作技术，比如用胶水封闭单个鼻孔或者合并两个鼻孔的气流，以此来抑制立体嗅觉。

下面来看看具体的研究结果：

1. 阻塞单鼻孔损害头部方向调谐：研究人员在盲鼠的 ADn 记录 HD 细胞的活动，并用组织胶水封闭单个鼻孔来抑制立体嗅觉。他们发现，单鼻孔阻塞显著损害了 ADn 中 HD 细胞的编码。HD 细胞在正常情况下，会在特定的头部方向稳定放电，但单鼻孔阻塞后，它们的放电变得不稳定，对不同的头部方向都有反应。而且，这种影响并非由运动或平衡改变导致，说明确实是立体嗅觉受损引起的。
2. 合并双鼻孔气流损害头部方向调谐：为了进一步验证，研究人员又开发了一种新方法，在小鼠的两个鼻孔插入小管子，然后将管子开口合并，消除两个鼻孔接收气味信号的空间差异。结果发现，合并管子后，HD 细胞的调谐被完全抑制，这再次证明了立体嗅觉对于盲鼠利用嗅觉稳定 HD 系统调谐的必要性。
3. 抑制立体嗅觉损害头部方向偏好测试表现：研究人员设计了一个基于内侧前脑束（MFB）刺激的闭环头部方向偏好测试。在训练阶段，控制组的盲鼠能够快速学会在奖励角度暂停头部旋转以获得奖励，而单鼻孔阻塞的盲鼠完成训练的时间明显更长。在测试阶段，单鼻孔阻塞的盲鼠获得的奖励数量只有控制组的一半，它们在寻找奖励区域时采用随机搜索策略，而且在无奖励的探测试验中，无法找到奖励区域，而控制组盲鼠则能轻松做到。

研究结论和讨论部分表明，立体嗅觉在盲鼠的 HD 系统调谐以及通过嗅觉获得头部方向行为感知方面起着关键作用。之前的研究虽然发现立体嗅觉在定位气味源或追踪气味轨迹中有作用，但那些任务并不需要形成以外部参照为中心的空间表征。而这项研究首次揭示了立体嗅觉可以引导这种空间感知。不过，大脑中基于立体嗅觉信号稳定 HD 调谐和提供空间感知的具体神经回路和计算机制仍不清楚。此外，关于有视力的小鼠是否也利用立体嗅觉来稳定 HD 细胞调谐，以及嗅觉刺激是否直接调节 HD 细胞放电等问题，还需要进一步研究。总体而言，这项研究不仅为我们理解动物的空间感知提供了新的视角，也为研究视力丧失后嗅觉处理的重要性提供了模型，意义十分重大。