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快速变化的气味可以使小鼠了解太空

弗朗西斯·克里克研究所(Francis Crick Institute)和伦敦大学学院(UCL)(伦敦大学学院)的研究人员发现,老鼠可以感觉到气味结构的极其快速而细微的变化,并以此来指导其行为。这项发现发表在今天(星期三)的《自然》杂志上,改变了关于如何在哺乳动物的大脑中检测和处理气味的当前观点。

像从一杯热咖啡中蒸出的蒸汽一样,异味羽流是复杂的且通常是湍流的结构,可以传达有关动物周围环境的有意义的信息,例如掠食者的活动或食物来源的位置。但是以前人们认为,哺乳动物的大脑无法完全处理这些气味的暂时变化,因为它们发生得如此之快,比动物的嗅觉要快得多。

通过行为实验,老鼠暴露于难以置信的短时间气味中,神经成像,电生理学和计算机模型,科学家发现,事实上,老鼠能够以以前认为不可能的速率检测到气味羽流中的非常快速的波动。他们还表明,老鼠可以使用此信息来区分气味是来自相同还是不同的来源,即使它们彼此之间非常接近也是如此。

这表明负责嗅觉的哺乳动物嗅觉系统在处理对物理空间和周围环境的意识方面也很关键,可以指导对生存至关重要的决策。

UCL克里克感官电路和神经技术实验室高级作者兼小组负责人,UCL神经科学教授Andreas Schaefer说:“从进化的角度来看,我们的发现很有意义,因为它们有助于解释为什么会有很多计算能力在嗅球中,鼻子向鼻子发送信号的部分,不仅是处理气味中的化学物质,而且还可以计算有关物理距离和来源的信息。大脑的这一部分,如果不被用来帮助物种生存的话。”

在一项关键实验中,科学家对小鼠进行了培训,以检测两种气味是来自同一来源还是来自不同来源。即使散发出短时气味,每只只持续40秒(40 Hz),这些老鼠仍能够正确地区分这种差异。

克里克(Crick)感觉电路和神经技术实验室的博士后Tobias Ackels说:“以前对嗅觉的研究是在小鼠无法分辨出气味羽流中细微波动信息的前提下进行的。

“我们已经证明,老鼠可以访问和处理这些信息-这为研究大脑开辟了一个新领域;我们可以进行实验,以更自然的方式更有效地触发神经元并挑战嗅球。这将使我们能够找到进一步了解大脑的这一部分是如何工作的,以及有关神经回路如何提取有关世界的信息。”

作为研究的一部分,科学家设计了新技术,包括高速气味传输设备和可以同时以极高的精度测量多种气味的设备。

这些创新将使嗅球的工作变得更加复杂,从而增加我们对大脑区域如何处理有关环境的信息并影响其行为的了解。最终,该团队旨在建立对感觉回路如何将外部世界与内部思想和行动联系起来的理解。

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