我們的感官系統為我們提供關於周圍世界的即時資訊。現在,研究人員已經為嗅覺繪製了一張感官地圖。這張地圖詳細描述了果蠅的嗅覺受體神經元(感知氣味的成分)是如何在昆蟲的感覺毛中組織起來的。
獨特的花香……咖啡的香氣……與吸入煙霧有關的危險訊號。感官系統已經進化為我們提供關於我們周圍世界的即時、精細的資訊,無論它們是透過我們的視覺系統處理的顏色,還是透過我們的聽覺解釋的特定音調。
這一連串的資訊是由我們的感官系統處理的。科學家已經發現了一些地圖,這些地圖描述了感覺神經元是如何根據其有效處理此類資訊的功能進行排列的。然而,這種功能圖還沒有被確定用於嗅覺。加利福尼亞大學聖地亞哥分校的研究人員已經在果蠅中描述了這種氣味感覺圖。在蒼蠅觸角的表面,科學家們發現了蒼蠅嗅覺系統是如何組織的,以及為什麼會有氣味。
這張新地圖由生物科學實驗室副教授智Su的研究生Wu領導的團隊發表在《美國國家科學院院刊》上。這項研究詳細說明了蒼蠅的嗅覺受體神經元是如何在感覺毛髮中組織起來的,這些神經元是感知氣味的成分。
該研究的通訊作者Su說:“我們的環境中不斷受到數百種有氣味的化學物質的轟炸。”。“我們已經描述了一種外圍機制,使蒼蠅能夠理解這種極其複雜的刺激。”
研究人員提供的證據表明,果蠅的嗅覺系統結構簡單而優雅,能夠讓昆蟲以一種不同尋常的方式快速評估氣味,從而繞過新陳代謝昂貴的突觸通訊。相反,昆蟲的嗅覺受體神經元(ORN)透過與附近的ORN的電相互作用進行交流。研究人員在論文中指出,這提供了一種節能、“代謝廉價”的方法來處理“有意義的氣味混合,而不涉及昂貴的突觸計算”。
這項研究描述瞭如何安排帶有兩個ORN的隔間,以檢測對蒼蠅具有相反意義的線索。這些線索要麼促進,要麼抑制某些行為——快速有效地評估環境中的複雜氣味。
該論文稱:“這種安排提供了一種方法,可以評估和塑造傳遞到更高大腦中心進行進一步處理的抵消性感覺訊號。”。
在這項研究中,Su實驗室與加州大學聖地亞哥分校神經生物學助理教授約翰納坦·阿爾賈德夫合作,後者建立了一個數學模型,解釋了電相互作用如何幫助提取相關資訊。
“在詢問這個組織的功能意義時,我們發現大自然選擇了一種特定的方式來構建這種感官分析,”阿爾賈德夫說。“如果我們能理解這種加工的原理,未來可能會有工程應用。
Wu是這項研究的第一作者,他很自豪能成為這個基本發現的團隊的一員。他驚歎於這個系統的優雅,透過這個系統,蒼蠅可以計算出相互抵消的線索,並指出視覺系統對比色調的方式的相似之處,例如,幫助我們感知紅色和綠色之間的差異。