新研究揭示大脑如何组织关于气味的信息

1960年，电影《神秘气味》的首映，标志着电影史上的一个奇怪事件：第一部也是最后一部电影以“光荣的气味-O-Vision”出道。为了给观众带来动感的嗅觉体验和熟悉的视觉和听觉效果，精选的电影院都配备了鲁贝戈德堡式的设备，可以将不同的气味直接传递到座位上。

观众和评论家很快得出结论，这种体验很糟糕。由于技术问题，嗅觉视觉陷入困境，成为在娱乐史上占据独特地位的插科打诨。然而，嗅觉视觉的失败并没有阻止企业家追求他们通过数字气味技术向消费者传递气味的梦想，尤其是近年来。

这样的努力上了头条，但收效甚微。部分原因是人们对大脑如何将有气味的化学物质转化为气味的知识有限。这种现象在许多方面对科学家来说仍然是不透明的。

哈佛医学院神经生物学家的一项研究为嗅觉之谜提供了新的见解。在7月1日的《自然》杂志报道中，研究人员首次描述了不同气味之间的关系是如何在大脑中负责处理气味的区域嗅觉皮层中编码的。

通过为气味提供精心选择的分子结构，并分析清醒小鼠的神经活动，研究小组表明，大脑皮层中气味的神经元表现反映了气味之间的化学相似性，从而使大脑能够对气味进行分类。此外，这些表征可以通过感官体验重新连接起来。

这些发现提出了一种神经生物学机制，可以解释为什么人们会有共同但高度个性化的嗅觉体验。

“我们每个人都有一个共同的嗅觉参照系。HMS Bra Vatnik Institute神经生物学副教授、高级研究作者桑德普罗伯特达塔说：“你和我都认为柠檬和酸橙的味道相似，并且同意它们与披萨的味道不同，但直到现在，我们仍然不知道大脑是如何组织这些信息的。”

这些结果为更好地理解大脑如何将气味化学信息转化为气味感知开辟了新的研究途径。

达塔说，“这是嗅觉皮层如何对其负责的信息进行编码的第一个证明，这是气味化学和气味的基本感官线索。”

计算气味

使嗅觉动物能够识别周围世界的化学性质。鼻子中的感觉神经元检测气味分子，并将信号传输到嗅球，嗅球是最初处理气味的前脑结构。嗅球主要将信息传递给梨状皮层(嗅皮层的主要结构)，进行更全面的处理。

与光或声音不同，刺激可以通过调整频率和波长等特性来轻松控制，因此很难探索大脑如何构建传递气味的小分子的神经表征。通常，微妙的化学变化——这里的碳原子或那里的氧原子——会导致气味的显著差异。

达塔和这项研究的第一作者、HMS的神经生物学研究员斯坦帕什科夫斯基(Stan Pashkovski)及其同事通过专注于大脑如何识别相关但独特的气味来应对这一挑战。

达塔说，“我们所有人都认为柠檬和酸橙闻起来相似，这意味着它们的化学成分必须以某种方式唤起我们大脑中相似或相关的神经表征。”

为了调查，研究人员开发了一种定量比较气味化学物质的方法，这类似于如何利用波长差异定量比较光的颜色。

他们利用机器学习技术研究了数千种已知的具有气味的化学结构，分析了每种结构的数千种不同特征，如原子序数、分子量、电化学性质等。总之，这些数据使研究人员能够系统地计算任何气味相对于另一种气味的相似性或差异。

团队从库中设计了三组气味：一组气味程度高；另一组气味更浓。一个物种具有中等的多样性，气味被分成相关的簇；低多样性之一，其结构只随碳链长度的增加而变化。

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