大脑中的“气味侦探”！Nature：科学家揭示人类机体气味感知背后的特殊神经分子机制

我们常常只有在失去嗅觉时，才会意识到它的宝贵。没有了嗅觉，食物变得索然无味，甚至我们对烟味等危险信号也失去了反应。

近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Single-neuron representations of odours in the human brain”的研究报告中，来自牛津大学等机构的科学家们首次揭示了人类嗅觉背后的神经元机制。这项研究不仅填补了动物和人类气味研究之间的知识空白，还让我们对大脑如何处理气味有了更深刻的理解。

此前，科学家们使用功能性磁共振成像（fMRI）等成像技术，已经能揭示参与嗅觉感知的大脑区域。然而，这些方法无法在单个神经细胞的水平上进行详细研究。因此，大多数关于气味处理的细胞水平研究都是基于动物实验，而这些研究结果是否适用于人类尚不清楚。

在这项研究中，研究者Mormann带领的团队首次成功记录了在嗅觉发生过程中单一神经细胞的活性。他们通过在受试者大脑中植入电极来进行诊断，这些受试者可以闻到各种气味，包括令人不快的气味（如不新鲜的鱼）和令人愉快的气味（如花香）。

科学家揭示人类机体气味感知背后的特殊神经分子机制

图片来源：Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-08016-5

研究者Marcel Kehl表示：“我们发现，人类大脑中的单一神经细胞会对气味产生反应，基于其活性，我们能精确预测受试者闻到的是哪种气味。”分析结果显示，不同的大脑区域在处理气味时承担着不同的任务。例如，初级嗅觉皮层（梨状皮层）中的神经细胞最能准确预测闻到的气味，而海马体中的神经活性则能预测气味是否被正确识别。只有杏仁核（一个参与情绪处理的大脑区域）中的神经细胞能根据气味是令人愉快的还是令人不愉快的做出不同的反应。

接下来，研究人员探讨了气味感知和图像感知之间的关联。他们向参与者展示了每种气味的匹配图像，比如气味和香蕉的照片，然后分析了神经元的反应。令人惊讶的是，初级嗅觉皮层中的神经细胞不仅对气味有反应，对图像也有反应。这表明，人类嗅觉皮层的任务远远超出了单纯的气味感知。

研究人员发现，单个神经细胞能对气味、图像和文字（如“香蕉”）产生特定的反应。这一发现表明，语义信息（即与气味相关的概念和意义）在人类嗅觉处理的早期阶段就已经被处理了。这一结果不仅证实了动物研究的结论，还揭示了不同大脑区域在特定人类气味处理功能中的作用。

研究者Mormann表示：“这是解析人类嗅觉密码的重要贡献。未来有一天，这或许能帮助我们开发出像眼镜或助听器一样的嗅觉辅助工具，帮助人们在生活中更好地感知气味。”

综上，这项研究不仅弥补了动物模型和非侵入性人类研究之间的差距，还通过识别神经元的气味编码原理、区域功能差异和跨模态整合过程，促进了对人类大脑中气味处理机制的理解。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Kehl, M.S., Mackay, S., Ohla, K. et al. Single-neuron representations of odours in the human brain. Nature (2024). doi：10.1038/s41586-024-08016-5