动物天生就有识别某种气味的能力，以躲避捕食者、寻找食物和寻找配偶。斯托尔斯医学研究所(Stowers Institute for Medical Research)研究员罗恩·于博士(Ron Yu)的实验室进行了两项新研究，揭示了这种先天的能力是如何在小鼠的神经系统中编码的细节。在《当代生物学》(Current Biology)杂志于2021年3月1日在线发表的一项研究中，研究人员表明，一种特定的气味是吸引人的还是令人厌恶的，是通过一个复杂的计算代码进行交流的，在这个计算代码中，不同的嗅觉神经元被不同程度地激活，以分辨出气味的效价。在另一项于2021年3月26日在线发表在《eLife》杂志上的研究中，研究团队发现，这种特性设定不是在出生时就固定下来的，而是有可塑性的，可以通过在生命早期的关键时期接触不同的气味而形成。

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图像:小鼠嗅球切片的荧光免疫化学染色。

来源:邱强博士，Stowers Institute for Medical Research

自疫情开始以来，嗅觉丧失已成为COVID-19的一个病征。虽然大多数人在几周内就能恢复嗅觉，但也有人会发现熟悉的气味会发生改变。咖啡闻起来像汽油;玫瑰闻起来像香烟;新鲜的面包闻起来像腐臭的肉。这种奇怪的现象不仅令人不安。它也代表着古老的嗅觉回路被破坏，这种回路会在奖赏(咖啡因!)或惩罚(食物中毒!)即将到来的时候发出信号，以帮助我们和其他物种的生存。

科学家们早就知道，动物天生就有识别某种气味的能力，以避开捕食者、寻找食物和寻找配偶。现在，在两项相关的研究中，来自斯托尔斯医学研究所Yu实验室的研究人员展示了这种先天的能力是如何被编码的。发表在《Current Biology》和《eLife》杂志上的研究结果表明，我们的嗅觉比之前认为的更复杂，也更有可塑性。

我们目前对感官如何被编码的理解分为两种相互矛盾的观点——标记线理论（the labeled-line theory）和模式理论（the pattern theory）。标记线理论认为，感觉信号是沿着一条固定的、直接的线路传递的，它将输入信号与行为连接起来。而模式理论认为，这些信号分布在不同的通路和不同的神经元。

一些在昆虫等简单物种中的研究为标记线理论提供了支持。但斯托尔斯研究所研究员、报告通讯作者Ron Yu博士说，在哺乳动物系统中，还缺乏支持或反对这种模式的证据。根据Yu的说法，如果标签线模型是正确的，那么来自一种气味的信息应该与其他气味的影响隔离。因此，他的团队混合了各种气味，并测试它们对小鼠的预测先天反应的影响。

“这是一个简单的实验，”Yu实验室的研究专家、该研究的第一作者邱强（音译）博士说。邱博士将各种天生诱人的气味(如花生酱的气味或另一只老鼠的尿液的气味)或令人厌恶的气味(如腐烂食物的气味或捕食者的尿液的气味)混合在一起。然后，他使用实验室专门为此设计的装置，将这些气味混合物展示给小鼠。该设备有一个鼻锥（nose cone），可以记录小鼠探测气味的频率。如果小鼠发现一种特殊的混合物有吸引力，它们就会反复地把鼻子伸过去。如果他们觉得这种混合物令人厌恶，他们就会不惜一切代价避开探测器。

令他们惊讶的是，研究人员发现混合不同的气味，即使是两种吸引人的气味或两种令人厌恶的气味，也会消除小鼠天生的行为反应。“这让我们怀疑这是否只是一种气味掩盖了另一种气味的情况，香水行业一直都是这样做的，当它们产生怡人的气味来掩盖恶臭时，”Yu说。然而，当研究小组观察嗅球神经元对难闻气味和诱人气味的反应时，他们发现情况并非如此。

相反，代表混合气味的活动模式与代表个别气味的活动模式明显不同。显然，小鼠的大脑将这种混合物视为一种新的气味，而不是两种气味的组合。这一发现支持了模式理论，即一个感觉输入不仅激活了一个神经元，而是激活了一群神经元，每个神经元的激活程度各不相同，从而产生一种模式或群体密码，并被解释为一种特殊的气味。

但这种复杂的神经编码是与生俱来的，还是会受到新的感官体验的影响?YU的研究小组通过在小鼠生命早期(只有一周大)沉默感觉神经元来探索这个问题。他们发现，被操纵的小鼠失去了天生的识别吸引或厌恶气味的能力，这表明嗅觉系统在这个发育的关键时期仍然具有可塑性。

有趣的是，研究人员发现，在这个关键时期，当他们把小鼠暴露在山猫尿液中一种叫做pEA的化学成分中时，小鼠在以后的生活中不再回避这种气味。“因为小鼠和它们的母亲在一个安全的环境中遇到了这种气味，并且发现它不构成危险，它们学会了不再害怕这种气味，”YU说。这项研究于2021年3月26日在线发表在eLife杂志上。

虽然COVID-19大流行已经扭曲了数百万人的嗅觉，但YU预计，它不会对大多数从疾病中康复的成年人产生重大影响。然而，他认为这种改变的感官体验可能会对受影响的婴儿和儿童产生重大影响，特别是考虑到许多气味在社会联系和心理健康方面的作用。

“嗅觉有着强烈的情感成分——家常菜的香味会给你带来舒适和安全的感觉。”YU说。“大多数人直到失去了才意识到它有多重要。”