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小鼠:任凭杂味儿三千,我只取一种闻

IvyP/译)对于许多动物来说,将混杂的感官刺激分辨开来的本事往往生死攸关。不过,它们具体是如何将自己感兴趣的气味——比如来自食物的“诱惑香气”或来自捕食者的“死亡之息”——从背景混杂气味中提取出来的,目前还不大清楚。就连动物究竟能够区分多复杂的混合气味,以及气味之间的差异如何影响这一过程,也一直是个迷。

直到现在。

在今年8月发表在《自然神经科学》(Nature Neuroscience)杂志上的一篇论文中,来自哈佛大学的研究团队指出,虽然经过训练的小鼠可以探测出混合气味中的特定气味,然而随着背景气味组分的增加,小鼠的表现也随之下滑。

在漫画《超人》中,各种各样的声音都传到超人的耳朵里,形成非常嘈杂的混合信息。但他能够从中挑选出有兴趣的声音。从混合气味中分辨目标气味的小鼠,也具有这样的“超能力”。图片来源:blog.daum.net

研究团队的负责人,分子和细胞生物学教授温卡泰什·默西(Venkatesh Murthy)说:“不同来源的信息总是持续不断地刺激着我们的感官。”鸡尾酒派对就是一个经典的例子,虽然周围可能很吵,很多人在闲谈,但我们还是能够忽略背景的杂音,而把注意力放在一个人身上。

闻味道是不是也是一样道理?各种味道混合在一起冲击着我们的嗅觉细胞。在一系列气味中,我们能不能嗅出其中一种,比如茉莉的香味?经验告诉我们,人的确有这样的能力,但我们是如何做到的,极限又在哪里?为了解答这些问题,默西和同事们利用小鼠进行了实验。

研究团队首先训练小鼠对某些特定气味的察觉能力,然后将它们暴露在充满混合气味的环境中。有时该环境中包含它们已经熟悉的目标气味,有时则不包括。

尽管之前有研究表明动物对单一气味不敏感,而会将混合气味当做单一的气味,但这次的研究结果显示,在目标味道存在的情况下,小鼠能够以85%甚至更高的准确率察觉出目标气味。

小鼠在嗅闻味道。图片来源:Vasiliy Koval / Fotolia

默西表示,尽管小鼠们总体表现出色,但当研究者们把背景气味的数量提高时,它们的分辨能力逐渐下降了。要弄清当中的原因,就得先克服一个关于嗅觉的问题。

不同视觉刺激间的关系是很容易理解的——不同的颜色可以用不同波长的光来表示——但这样的系统并不能用于解释两种气味相互关系。于是,研究者们试图根据气味激活脑神经元的方式对气味进行表征。

利用荧光蛋白进行标记,他们获得了14种不同气味激活嗅球神经元时的图像。默西表示,他们发现,如果背景气味激活的神经元与目标气味所激活的神经元相同,那么小鼠探测目标气味的能力就会被大大削弱。

默西指出,每种气味引起的神经应答都具有特定的空间模式,当背景气味的模式与目标气味的模式相重叠时,小鼠辨别目标气味的表现就差了很多。因此,从混合气味中辨认出目标气味有多难,就要看这些背景气味的干扰度有多高了。至此,对于为什么我们能解决鸡尾酒派对上的交流问题,我们也有了神经学上解释。

默西补充说,这项研究的有趣之处在于首次证明了气味并不总是被当成一个整体看待的,它们可以被单独拆分出来。而这可能一点也不稀奇,咖啡大师和品酒大师们能从咖啡或葡萄酒复杂的混合味道中闻出某种成分的淡淡气味。不过,对小鼠进行的实验让我们更进一步地了解这一过程中大脑发生了什么变化。另外,研究结果还可能帮助开发人工嗅觉系统,探测空气中与其它气味混在一起的特定化学品。(编辑:Calo)

参考文献:

  1. Dan Rokni, Vivian Hemmelder, Vikrant Kapoor, Venkatesh N Murthy. An olfactory cocktail party: figure-ground segregation of odorants in rodents. Nature Neuroscience, 2014; DOI: 10.1038/nn.3775

文章题图: sciencedaily.com

The End

发布于2014-08-16, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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