花香图片来源：Pixabay
在流行电视剧《黑镜》的名为鳄鱼的一集中，一名调查员让目击者闻一瓶啤酒。其目的是唤起她对犯罪现场的记忆（犯罪发生在啤酒厂附近）。这或许不是标准的做法，但我们的嗅觉是以唤起记忆的能力著称的。一股特殊的气味可以带你回到你祖母的厨房，你第一次跳舞的夜晚，或者海边。并且想想“气味营销”，品牌设计师在其中注入“标志性气味”来提高品牌在全球的知名度，例如在时装店和酒店大堂。
一直以来，研究嗅觉的神经学家一直想知道我们的嗅觉和记忆之间的联系。记忆和嗅觉之间的这种关系是大脑连接方式的结果吗？最近发表在《自然》（Nature）杂志上的一项研究为回答这个历史性难题开辟了重要道路。
在分享这项研究之前，我们先了解一下大脑如何促进我们嗅觉的背景知识。气味分子最初是由鼻子里的受体神经元探测到的。神经元首先将这些相遇的信息发送给嗅球，这是一个位于鼻腔上方且大小和你的指尖差不多的大脑结构。然后嗅球将信号发送到另一个被称为梨状皮质的大脑结构。人们认为气味的识别发生在这里，也就是说，我们识别它的潜在来源，比如苹果、香蕉和新割的草。
研究人员做了什么
实验机理图图片来源：Poo,C.,Agarwal,G.,Bonacchi,N.etal.Spatialmapsinpiriformcortexduringolfactorynavigation.Nature,,pages–()
为了研究大脑是如何将嗅觉和空间信息结合起来的，在葡萄牙尚帕利莫未知中心（ChampalimaudCentrefortheUnknown），CindyPoo和她的同事让六只老鼠完成一项导航任务。
老鼠必须反复在一个有四个走廊的十字形地图上行走，每次从大约两分半钟路程的位置开始（视频见原文）。在每项试验的开始，一盏灯将老鼠指引向其中一个走廊，在那里它将随机暴露于四种不同的气味（柑橘、草、香蕉和醋）中的一种。而水的奖励位置取决于老鼠所接触到的气味。
例如，柑橘的气味意味着水的奖励在南边走廊的尽头。如果老鼠在东走廊接触到柑橘的气味，它将需要向南行进以获得奖励。如果第一时间在南走廊闻到气味，它就可以呆在原地接受奖励。他们的想法是，经过练习，特定的气味会向老鼠发出奖励的位置的信号。
迷宫周围装饰有视觉地标，所以老鼠也可以根据这些地标来确定自己的方向。然而，老鼠的起点在每次试验中是不同的。如果起点是固定的，理论上它们可以记住一系列的转弯来找到正确的走廊，而完全不使用任何空间记忆。而不同的起点意味着要成功完成这项任务需要空间导航和嗅觉的结合。
经过大约三周的训练，老鼠表现得相当不错。在大约70%的试验中，他们能够找到水的奖励。这表明老鼠能够将它们内部的环境地图与气味的位置结合起来确定奖励的位置。
观察神经元活动
脑结构图片来源：Pixabay
海马体是大脑中与记忆和导航有关的一部分，它的神经元以“位置细胞”的功能而闻名。这些细胞在环境中的特定位置变得活跃，使我们从四周中找到自己的路。类似的细胞也在大脑的另一个被称为内嗅皮层的区域被发现。
这项新研究最引人注目的发现是，这种位置选择性细胞不仅存在于海马体和内嗅皮层中，而且存在于主要与嗅觉功能相关的大脑区域，即梨状皮质，该区域被认为主要负责气味识别。
在该研究中，研究人员监测了这一区域神经元的电活动。令人惊讶的是，他们发现在老鼠大脑的这个区域只有大约30%的神经元对特定的气味有反应。另外30%的神经元会对特定的气味和位置做出反应。
其余40%的活跃神经元对特定的气味完全没有反应，而是对老鼠之前闻到气味的位置有反应。当老鼠刚刚进入走廊，这些位置选择性神经元甚至会在遇到任何气味之前开始活动。然后，研究人员想要了解当老鼠在解谜时，海马体和梨状皮质是否会相互“交谈”。他们发现，当老鼠走迷宫时，这两个区域的细胞往往会同步放电。
这告诉我们什么？
这些结果表明，嗅觉系统可能在空间导航中发挥作用，并且空间记忆和嗅觉信息在梨状皮层中汇聚。但是为什么大脑会在同一个区域进化出描述位置和气味的细胞呢?
答案可能是气味是我们寻找出路的非常有用的线索，例如，松树林和草地的气味不同，狐狸穴和老鼠窝的气味也不同。这一规则即使在人造环境中也适用：地铁系统中的气味与超市不同，办公室的气味也不同于餐厅。因此，我们的大脑将气味与地点联系起来，是因为这在我们的进化历程中很有用。
虽然这项研究是在老鼠身上进行的，老鼠比人类更依赖嗅觉来导航，而我们的感知由视觉主导，但这些发现为嗅觉和空间记忆在人脑中的可能联系提供了新的见解。
撰文：MichaelSchmuker，赫特福德大学神经计算学教授。
翻译：马孔硕
审校：张欣怡
引进来源：theconversation
本文来自：中国数字科技馆