嗅觉皮层中的神经元将气味与地方联系起来

气味能让我们穿越时间和空间。它可能是茉莉花的芬芳，也可能是海藻的霉味。突然，你回到了童年的家，或者在遥远海岸的烈日下。

气味和地点之间的这种联系似乎是人类认知中根深蒂固的一个方面。但这两者在大脑中是如何联系在一起的呢?今天(12月22日)发表在科学杂志上的一项研究自然给出了一个可能的解释。

嗅觉和空间之间的神经联系

“气味分子本身并不携带空间信息。然而，野生动物利用气味进行空间导航和记忆，这使它们能够定位有价值的资源，如食物，”该研究的第一作者辛迪·普说。“我们想了解这些行为的神经基础，所以我们决定研究大脑是如何将嗅觉和空间信息结合起来的。”

研究人员重点研究了初级嗅觉皮层。“嗅觉系统在所有感官中是独一无二的，”该研究的资深作者、葡萄牙尚帕利莫未知中心的首席研究员扎卡里·梅南说。“只有嗅觉与参与记忆和导航的海马体系统有直接的相互联系。”

海马神经元以“定位细胞”的功能而闻名。这是因为每个细胞在特定的位置变得活跃位置在一个环境中。这些神经元一起编码整个区域，有效地创建了一个空间的神经地图。海马定位细胞非常可靠，科学家们只需观察它们的活动就能判断出动物的位置。2014年，在大鼠身上发现的海马定位细胞获得了诺贝尔生理学或医学奖。

“我们知道海马体系统向初级嗅觉皮层发送信号，”Poo说。“所以我们怀疑这个大脑区域可能不仅仅是识别不同的气味。”

对嗅觉神经元进行测试

为了验证这一想法，研究人员为嗅觉非常灵敏的老鼠开发了一个定制的谜题。老鼠在一个加号形状的迷宫的四个末端采集气味。然后，根据气味，他们必须找出奖励藏在哪里。“在这项任务中，老鼠必须学习并记住气味和位置的确切联系，”Poo解释说。

在动物解开谜题的同时，研究人员监测了初级嗅觉皮层中被称为后梨状皮层的部分神经元的活动。“神经元之间通过发射电脉冲进行交流，”Mainen解释道。“通过记录这个大脑区域中数百个单个神经元发出的电信号，我们能够解码特定神经元关心的是什么。例如，当动物闻到某种特定的气味时，或者当它在迷宫中的某个位置时，它们是否会变得活跃。”

“我们的结果超出了我们的预期，”Poo说。“我们曾预测，这里的一些神经元可能在一定程度上关心位置。“然而，通过仔细研究动物在迷宫中导航时嗅觉皮层神经元的活动，我们发现这些神经元已经了解了整个环境地图。”

嗅觉神经元编码空间地图

研究人员发现了大量类似于海马的神经元地方的细胞在迷宫的特定位置变得活跃。有趣的是，地图并没有覆盖整个环境。相反，它在很大程度上被限制在迷宫中具有行为意义的地方:动物们在那里体验气味并获得奖励。

“重要的位置似乎是通过经验学到的，并被编码到地图中。值得注意的是，这些细胞嗅觉系统在没有气味的情况下，即使老鼠只是四处走动，没有参与任务，也会在给定的位置做出反应，”Mainen补充道。

空间的气息

这就是我们如何形成将特定气味与特定地点联系起来的记忆的吗?“我们发现，这里的一些神经元对气味有反应，另一些对位置有反应，还有一些对这两种信息都有不同程度的反应。所有这些不同的神经元都混在一起，而且很可能相互关联。因此，人们可以推测，激活气味空间联系可以通过该网络内的活动发生，”Poo建议。

Mainen补充说:“这项研究也为理解感官是如何用于导航和记忆打开了一扇新的窗口。”他总结道:“比起气味，人类更依赖视觉地标，但我们如何记住我们去过的地方以及到达我们要去的地方的原则很可能是非常相似的。”