新的研究揭示了大脑是如何组织信息的气味的

电影的首映的神秘气息在1960年标志着一个奇异事件编年史的电影:第一,最后,电影处女作“光荣”影院的嗅觉。Hoping to wow moviegoers with a dynamic olfactory experience alongside the familiar spectacles of sight and sound, select theaters were outfitted with a Rube Goldberg-esque device that piped different scents directly to seats.

观众和评论家们迅速得出结论,发臭的经验。充满了技术问题,影院的嗅觉翻版,成为一条奔流的插科打诨,拥有娱乐历史上一个独特的地方。嗅觉电影系统的失败,不过,未能阻止企业家继续追逐的梦想给消费者提供的气味,特别是近年来,通过数字气味技术。

这些努力产生了新闻头条,但鲜有成功,部分原因是有限的理解大脑是如何翻译的气味化学在闻到现象的看法,在许多方面仍不透明的科学家。

现在哈佛医学院神经生物学家的研究提供了新的见解的神秘气味。报告在自然7月1日,研究人员首次描述之间的关系不同的气味是如何编码的嗅觉皮层,大脑中负责处理嗅觉的区域。

通过提供与精心挑选的气味分子结构和分析神经活动清醒小鼠,研究小组显示,嗅觉的神经表征皮层反映化学相似性的气味,从而使香味放入类别的大脑。此外,这些表示,感官体验可以重塑。

调查结果显示的神经生物学机制可以解释为什么人共同但高度个性化的体验与气味。

“我们所有人都共享一个共同的参照系和气味。你和我都认为柠檬和酸橙的味道相似并同意他们闻到不同于披萨,但直到现在,我们不知道大脑是如何组织这样的信息,“说高级研究作者罗伯特•达塔Sandeep HMS布拉瓦尼克的神经生物学研究所副教授。

结果的研究开辟了新途径,以便更好地理解大脑如何将气味的化学信息转换成气味的感知。

“这是第一个示范如何嗅皮层编码信息的事情负责,这是化学气味,基本感觉嗅觉线索,”达塔说。

计算的气味

嗅觉允许动物识别的化学性质他们周围的世界。感觉神经元的鼻子侦测气味分子和继电器信号嗅球,在前脑结构初始气味处理。嗅球主要是传递信息梨状皮层主体结构的嗅觉皮层,更全面的处理。

与光或声音,刺激容易控制通过调整频率和波长等特点,很难探测大脑如何构建的神经表征小分子传递气味。通常,微妙的化学变化几个碳原子或氧原子可以导致嗅觉感知显著差异。

达塔,以及研究第一作者斯坦Pashkovski,研究员在HMS神经生物学,和他的同事们走近这一挑战通过专注于大脑如何确定的问题相关但不同的气味。

“事实上,我们都认为柠檬和酸橙的味道类似意味着它们的化学成份必须唤起相似或相关的神经表征在大脑,”达塔说。

调查,研究人员开发出一种方法来定量比较气味的化学物质类似于多波长的差异,例如,可以用来定量比较颜色的光线。

他们使用机器学习看成千上万的化学结构已知的气味和分析成千上万的每个结构的不同特性,如原子的数量、分子量、电化学性能和更多。在一起,这些数据允许研究人员系统地计算相似或不同的任何气味是如何相对于另一个。

从这个图书馆,气味的团队设计了三组:一组高多样性;一个中间的多样性,气味分为相关的集群;和一个较低的多样性,结构多样的只有增量增加碳链长度。

然后他们将小鼠暴露在各种组合不同的气味和利用多光子显微镜图像的梨状皮层的神经活动模式和嗅球。

气味的预测

实验表明,相似之处气味化学神经活动反映了相似之处。相关的气味产生相关的神经模式在梨状皮层和嗅球,以重叠在神经元活动。相比之下,弱相关的气味产生弱相关的活动模式。

在大脑皮层,相关的气味导致更强烈的集群模式在嗅球神经活动与模式。这个观察适用个人老鼠。皮质表征气味的关系是如此密切相关,它们可以用来预测了气味的身份在一个鼠标的基础上测量了在不同的鼠标。

额外的分析确定了多样的化学特性,如分子量和特定的电化学性能,相关的神经活动模式。信息从这些功能强大的足以预测皮质对气味的反应在一个基于实验动物通过一组独立的气味在一个不同的动物。

研究人员还发现,这些神经表征是灵活的。老鼠反复给予两种气味的混合物,并随着时间的推移,这些气味在大脑皮层的相应的神经模式变得更加强烈相关。这即使两气味发生不同的化学结构。

皮质的适应能力的部分生成由网络神经元选择性地重塑气味的关系。这些网络的正常活动受阻时,大脑皮层编码气味更像嗅球。

“我们提出了两种气味如果他们来自同一来源和观察到大脑可以重新排列本身反映被动的嗅觉体验,”达塔说。

的部分原因诸如柠檬和酸橙的味道一样,他补充说,可能是因为动物相同的物种有相似的基因,因此相似的气味感知。但是每个人都有个性化的认知。

“大脑皮层的可塑性可能有助于解释为什么气味是一方面个体间不变的,然而,可定制的根据我们的独特的经验,”达塔说。

在一起,研究结果首次证明大脑是如何编码的气味之间的关系。相比相对容易理解的视觉和听觉皮层,目前还不清楚如何嗅皮质气味的化学信息转换成气味的感知。

确定如何嗅觉皮层地图类似的气味现在提供了新的见解,通知努力理解和潜在控制嗅觉,根据作者。

“我们还不完全了解化学反应转化为知觉,“达塔说。“没有计算机算法或机器,将化学结构和化学将告诉我们气味像。”

“实际构建机器,能够有一天创造一个可控,虚拟嗅觉世界为一个人,我们需要理解大脑如何编码信息气味,”达塔说。“我们希望我们的发现是一个下台的道路。”