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光遗传学气味特征揭示了嗅觉逻辑

American Association for the Advancement of Science

应用光遗传学控制,研究人员创建了一种电信号,它能被当做气味而在脑的气味处理中心(即嗅球)被感知到,即使气味并不存在。在用于小鼠脑时,这种方法被证明可用于增进我们对哺乳动物的脑如何感知气味并将一种气味与另一种气味进行区分的神经元逻辑的理解。 ”主要作者Edmund Chong说:“对嗅觉工作原理的解读近来有了有趣的新的意外进展,其原因有二:COVID-19的一种瞩目的早期症状是嗅觉丧失;训练有素的动物可嗅查出疾病。因此,更好地了解嗅觉机制可能对设计用于大流行期间疾病检测和治疗的强大工具有帮助。”感官研究科学试图了解由感觉刺激产生的神经活动,以及这种活动如何创造和塑造感官知觉。气味可在嗅球中诱导复杂的活动模式,嗅球是位于脑前部的一个细微结构。可对刺激做出反应的单个神经元的组合(它们的位置和时间可能不同)被认为是感知具体气味的的基础。但是,梳理这一活动的复杂性并了解它如何决定某种气味被感知的方式一直颇为困难。Edmund Chong和同事根据另一实验室的基因改造小鼠的可用性设计了这些实验;这些基改小鼠的脑细胞可通过对其照光而被激活;这种技术被称为光遗传学。接着,他们通过当小鼠能感知正确“气味”并推动操纵杆时给予小鼠喝水奖励来训练这些小鼠识别一种信号,该信号是由6个小球的光激活而产生的(其模式与某种气味所引起的类似)。如果小鼠在激活一组不同小球(其模拟的是一种不同的气味)后推动操纵杆,它们则得不到水。研究人员用这种模型来改变小球激活的时间和混合方式。他们发现,每个定义气味组合内的哪些被首先激活小球的改变会导致小鼠正确感知某种气味信号并获得水的能力下降多达3成。根据这些结果,这种新方法揭示了关键性的神经时空特征,它们的组合为脑如何将感觉信息转化为对气味的感知提供了分类法则。

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