我们常常只有在嗅觉减弱时才能体会到它的重要性：食物失去味道，或者我们对烟味等威胁变得无动于衷。一组研究人员首次探讨了调节人类嗅觉感知的大脑神经机制。我们大脑中不同的神经细胞能够识别嗅味并对其作出特定反应，以及对物品的视觉和文本表述，比如香蕉。本研究填补了我们对动物和人类嗅觉研究理解中的重要空白。
在失去嗅觉的情况下，我们常常意识到它的意义：食物变得无味，或者我们没有注意到如烟雾等令人警觉的气味。来自波恩大学医院（UKB）、波恩大学和亚琛大学的研究人员进行了关于人类嗅觉检测的神经机制的前所未有的调查。他们发现，个别脑神经细胞能够区分嗅味，并对此类气味、视觉表现和书面信息（例如香蕉）做出不同的反应。这些发现有助于填补物种间嗅觉研究理解中的长期空白，并已发表在《自然》杂志上。
以功能性磁共振成像（fMRI）等成像技术进行的先前研究已经展示了人类大脑中哪些区域参与嗅觉处理。然而，这些技术无法在单个神经细胞层面进行研究。“因此，我们对气味在细胞水平上如何处理的理解在很大程度上依赖于动物研究，这使得这些见解如何适用于人类仍不清楚，”来自UKB癫痫学系的共同通讯作者弗洛里安·莫曼教授解释道，他也是波恩大学跨学科研究领域“生命与健康”的一部分。
大脑中的神经细胞识别气味
由莫曼教授领导的研究团队成功记录了个别神经细胞对气味的反应。这得益于与UKB癫痫学诊所的患者合作，作为欧洲最大的癫痫中心之一，这些患者因诊断原因在大脑中植入了电极。这些参与者接触了多种气味，包括愉悦的气味和被认为不愉快的气味，比如旧鱼。“我们发现，人类大脑中的个别神经细胞对气味有反应，且我们能够准确预测根据它们的活动被检测到何种气味，”来自波恩大学的博士生马塞尔·凯尔在莫曼教授的团队工作时表示。数据表明，包括主要嗅觉皮层（也称为梨状皮层）和内侧颞叶的特定部分——即杏仁体、海马体和内嗅皮层——在气味处理上发挥着不同的作用。虽然嗅觉皮层中的神经细胞活动最能预测被识别的气味，但海马体中的神经活动指示气味是否被正确识别。相反，只有与情感反应相关的杏仁体中的神经细胞显示出根据气味被认为愉快或不愉快而变化的活动。
神经细胞对香蕉的气味、图像和名称作出反应
接下来，研究人员考察了气味感知与视觉表现之间的关系。波恩研究的参与者被展示了与每种气味相关的图像，比如嗅到香蕉的气味后看到香蕉的照片，同时监测神经反应。有趣的是，主要嗅觉皮层中的神经细胞不仅对气味作出反应，也对图像作出反应。“这表明，人类嗅觉皮层参与的不仅仅是基本的气味检测，”来自亚琛大学生物学二院的共同通讯作者马克·斯佩尔教授指出。
此研究揭示了专门对特定气味、图像和文本表示（例如香蕉）作出反应的个别神经细胞。这表明，语义处理在人体嗅觉认知中发生得很早。结果不仅验证了几十年来对动物的研究，而且还演示了不同大脑区域如何在特定的人类嗅觉处理功能中做出贡献。“这代表了揭示人类嗅觉编码的重要一步，”莫曼教授表示。“在这一领域的进一步探索至关重要，有可能开发出我们可以像使用眼镜或助听器一样自然使用的嗅觉辅助工具。”
资金支持：本研究得到了德国研究基金会（DFG）、联邦教育与研究部（BMBF）和北莱茵-威斯特法伦州（NRW）在iBehave项目框架内的支持。
