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时间在一切中至关重要。对于一只试图区分美味食物气味与邻居猫气味的老鼠来说，时间可能意味着生死。在一项引人注目的发现中，卡内基梅隆大学的科学家将抑制性神经元活动的时间与大脑嗅球中产生气味特征模式的机制联系了起来，嗅球是负责区分气味的大脑区域。

他们的研究发表于《神经科学杂志》11月8日的期刊中，首次描述了将特定刺激与抑制性神经元发放时间相联系的细胞机制。这一突破为“时间编码假说”奠定了细胞基础，该假说提出气味的身份是通过神经元发放的时间而非发放速率来编码的。

过去的研究表明，特定气味会在大脑中触发独特的电活动模式。生成这些模式需要可靠的时间抑制，但关于抑制性神经元活动时间的了解相对较少，直到现在。

卡内基梅隆大学生物科学助理教授内森·厄本（Nathan Urban）表示：“呈现的气味与抑制性神经元发放的时间之间存在明确的联系。这个时间控制着哪些兴奋性神经元在何时活跃。这种调节有助于生成可靠的神经活动时间模式。”

嗅球中的一类兴奋性神经元——小管细胞（mitral cells）接收来自鼻子中对单一气味反应的神经元的输入。在接收到这些输入后，小管细胞将气味身份的信息传递给大脑的其他部分。但它们并不仅仅是转发信息。它们的活动，以及因此发送的消息，受到颗粒细胞的抑制性活动的调节。厄本首次展示了颗粒细胞的发放时间如何编码气味信息。

厄本的研究尤其引人关注，因为传统观点认为神经元发放的速率才是关键，而不是刺激神经元发放所需的时间。对气味等刺激的识别依赖于神经元的协调发放，包括那些兴奋其他神经元以传递信息的神经元，以及那些抑制或改变信息传递方式的神经元。

厄本解释道：“我们的结果表明，单个颗粒细胞发放前的延迟与特定气味相关，从而将抑制性调节小管细胞活动的时间与气味身份联系起来。换句话说，颗粒细胞发放的时间传达了不同的消息。在这种情况下，这些消息传递了哪种气味存在。”

厄本使用钙成像技术监测活体脑片中颗粒细胞群体的微妙而协调的活动，这是一种从未应用于嗅觉系统研究的光学成像技术。厄本为神经元加载了一种荧光染料，该染料发出黄色光。当染料与钙结合时，这种光会减弱。由于钙离子流入和流出细胞与其发放相对应，厄本能够实际观察到哪些神经元在何时发放。

厄本刺激小管细胞，进而刺激颗粒细胞。他发现颗粒细胞的反应时间范围从几分之一毫秒到数百毫秒不等。但根据厄本的说法，最引人注目的观察是，特定的颗粒细胞在接收到来自某些小管细胞群体的输入时，可靠地以相同的延迟发放。例如，来自一组小管细胞（因此，一组气味受体）的输入导致某些颗粒细胞以500毫秒的延迟发放，而来自另一组小管细胞（另一组气味受体）的输入则导致相同的颗粒细胞以50毫秒的延迟发放。因此，他发现颗粒细胞发放的时间与小管细胞接收到的输入——原始气味直接相关。

厄本表示：“这是我们第一次看到可靠的发放时间。事实证明，细胞在计时发放方面比之前认为的更为出色。”

他补充道：“这一发现是解决其他重要问题的跳板。例如，颗粒细胞如何计时发放的分子机制是什么？我们现在正在探索这个问题，以及如何在活体动物中观察这种气味特异性的时间。”

这项研究得到了国家耳聋和沟通障碍研究所的支持。