来源： 神经现实
文献：Ackels， T。， Erskine， A。， Dasgupta， D。 et al。 Fast odour dynamics are encoded in the olfactory system and guide behaviour。 Nature （2021）。
DOI：http://doi.org/10.1038/s41586-021-03514-2
作者：Veronica| 封面：Filipa Pereira
周末出来浪一浪，到处都能感受到春天的鸟语花香。除了花粉过敏的童鞋们，大家在旅途中有没有闻到很多味道？泥土的味道，青草的味道，玉兰花开的味道，甚至还有江河湖海的味道。
你有没有想过这个问题，我们的呼吸速度是几秒钟一次，所以悠远的徐徐飘来的香味应该是不会错过的。但假设有几种香味以一秒钟几十次的速度扑鼻而来，这种情况下我们还能一口气分辨出它们的味道吗？
对于这份答卷，小鼠可以拿满分。最近来自英国伦敦大学学院Andreas T。 Schaefer团队的一项研究证明，小鼠简直是一个民间识香高手——就算快到一秒钟四十次的香味，它都能轻松分辨出来。虽然我们知道小鼠是个高度近视眼，但它的鼻子可以算得上半个眼睛了，真是 “眼瞎鼻不瞎”呀！
为了研究这个小鼠识香的问题，科学家们设计了一个精密无比的气味发放装置，这个装置不仅能以一秒钟超过50次的速度发放好几种气味，还可以让两次气味发放的时间间隔精细到10毫秒和25毫秒。与此同时，他们使用了高灵敏版本的钙信号指示剂GCaMP6f来观测小鼠嗅觉感觉神经元（olfactory sensory neurons，OSNs）投射入嗅小球时的轴突放电情况。研究人员发现，虽然单个嗅小体不能跟随10毫秒和25毫秒的速度“快闪式放电”，但有30%的嗅小体钙信号对两种间隔时间的反应显著不同。如果用线性分类器解码两种发放间隔，则发现任意抽取二三十个嗅小体的放电信息，其解码的正确率能高达80%以上。所以说虽然OSN放电“慢吞吞”，但这种慢吞吞的群体放电其实已经把这两种时间信息分开了。
-Ackels et al。， Nature-
既然神经信号已经能分辨不同频率的气味发放，那这种信息传入大脑中枢以后，最终能不能决定小鼠的行为呢？研究人员采用了一个去/不去操作性条件反射系统（go/no-go operant conditioning system），让小鼠学会分辨高频和低频的气味发放，结果发现这个任务对小鼠来说简直是小菜一碟，它们能轻松分辨4Hz和20Hz的气味。
为了进一步挑战极限，研究人员让两种气味都高频发放，唯一的差别是两者的发放时间不同——两者成正相关或反相关。比如一次试验中，两个时间正相关的气味发放组包含奖励，反相关的则没有奖励。在这种情况下，小鼠能分辨出正相关和反相关的情况吗？答案是肯定的，在所有接受挑战的33只小鼠中，他们都能分辨高达 40Hz 频率（正/反）相关的气味发放。通过钙信号成像、胞外单元记录和单细胞膜片钳记录，研究人员在OSN下游的僧帽细胞（mitral cell）和丛状细胞（tufted cell）中发现了编码这些高频气味的分辨信息。有意思的是，在频率越高的情况下，小鼠会花费更多的时间来“细细品味”，如果强制性让小鼠“品味”的时间久一点，它的正确率还会继续提高。
-Ackels et al。， Nature-
小鼠分辨高频关联信息的本领到底能实实在在干点啥？这个厉害的本领或许与找出气味发放的来源有关：如果有来自不同地方的不同气味齐刷刷袭来，大脑需要分辨出哪些气味是属于同一个来源的。比如百香果能散发出香蕉、芒果、番石榴等好几种水果的味道，你怎么知道这是一个百香果，而不是一个香蕉+一个芒果+一个番石榴呢？研究人员的假说是，同一来源的多个气味发放在时间上是有高度相关性的，如果能分辨出时间上的相关性，这个“百香果难题”就迎刃而解了。
-Ackels et al。， Nature-
首先研究人员在实验室搭建了一个单源头的气味装置，他们确实发现来自同一个来源发放出的气味在时间上是近乎“完美相关”的，而如果变成两个源头，这两个源头之间的气味发放则不相关了。为了在小鼠身上证明这一假说，他们首先训练小鼠分辨这些气味到底来自同一个源头还是两个源头。神奇的是，在小鼠学会这个任务以后，接下来无论用一个源头还是两个源头的装设来释放两种气味，只要是这两种气味呈现正相关，小鼠都认为它们来自同一个源头了。看来，小鼠拥有的高频率时间分辨本领很重要，可以帮助它确认气味来源，找到自己的“百香果”。
原标题：识香高手在民间鼻子其实才是小鼠的眼睛
