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嗅觉识别所需时间揭示了嗅觉处理的重要性

2006-08-07 10:32 莱斯利·斯坦 莫奈尔化学感官中心 阅读 0
核心摘要: 研究表明,嗅觉识别所需的时间与准确性之间存在显著关系,揭示了大脑如何处理嗅觉信息的复杂性。这项研究为理解嗅觉机制提供了新的视角,并可能推动电子嗅觉系统的发展。

位于费城的莫奈尔化学感官中心的研究人员发现,嗅闻气味所需的时间延长仅需一百毫秒,就能显著提高对该气味的准确识别。这一看似简单的观察结果,对于嗅觉信息在大脑中的处理方式具有重要的启示。相关研究成果发表于《Neuron》杂志的八月期刊。

通过展示气味采样时间与准确气味识别之间的明确关系,莫奈尔的研究人员解决了一个争议,即大脑是否以类似于处理视觉和听觉刺激的方式处理嗅觉信息。

“之前的研究表明,嗅觉在缺乏这一基本特性方面与视觉和听觉不同,”资深作者、计算神经科学家艾伦·盖尔佩林(Alan Gelperin)博士指出。“我们现在可以利用对其他感官系统的积累信息来帮助我们理解嗅觉。”

尽管如此,如何检测和识别成千上万种不同的气味仍然是一个谜。人类的鼻子可能包含几百种不同类型的嗅觉受体,而嗅觉高度发达的动物,如狗、老鼠或猫,可能拥有超过一千种不同的受体类型。据信,感知任何一种气味可能涉及多个不同受体的同时刺激,而嗅觉编码则使大脑能够识别特定的气味。以往的经验和动机状态也会与气味信息相互作用,影响处理和识别。大脑如何处理所有这些信息以让我们感知气味仍然未知。

莫奈尔的研究人员采用了一种能够深入了解视觉和听觉系统信息处理的新行为范式,使用经过训练的小鼠来探讨更长时间的气味暴露是否会导致更准确的气味识别。结果表明,小鼠需要额外的时间来准确识别更复杂的气味。

“经过良好训练的小鼠需要将近半秒的时间来解决一个困难的嗅觉辨别任务,”首席作者、物理学家及计算神经科学家德米特里·林贝格(Dmitry Rinberg)博士表示。“这一时间窗口对于我们设计实验和开发模型以解释大脑在识别复杂气味时所需的额外时间非常重要。”

林贝格评论道:“彩色电视的发展基于对视觉感知处理的广泛研究。现代MP3播放器的设计则是基于对听觉能力特性的深入了解。同样,嗅觉处理的知识增加显然有潜力开启许多新的可能性,包括开发具有识别气味能力的电子嗅觉系统,用于医学诊断或地雷探测。”

此外,来自冷泉港实验室的亚历克谢·库拉科夫(Alexei Koulakov)博士也参与了这项工作。

莫奈尔化学感官中心是一家独立的非营利基础研究机构,成立于费城,专注于理解嗅觉、味觉和化学刺激的功能及其对人类生活的影响,研究范围涵盖从出生前到老年的各个阶段。科学家们通过多学科合作,研究感知与感觉、神经科学与分子生物学、环境与职业健康、营养与食欲、健康与幸福、化学生态与交流等领域。有关莫奈尔的更多信息,请访问 http://www.monell.org/。

引用文献:Rinberg, D., Koulakov, A., Gelperin A. "Speed accuracy tradeoff in olfaction". Neuron, 2006, 51, 351-358。

资助来源:美国陆军研究办公室、怀特霍尔基金会和莫奈尔化学感官中心。

联系方式:莱斯利·斯坦
莫奈尔化学感官中心

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