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人类嗅觉是怎么工作的?

简单的来讲,不同的味道是由空气中的各种气味分子(odorant molecule,见下图最下面的一层,不同颜色不同形状代表不同的气味分子),不同分子、不同浓度,组成的。鼻子内壁有很多很多的化学感受器 (receptor,没学过这部分生物的就把感受器想象成一个锁)。这些锁连接着不同的细胞,进而链接着大脑里嗅觉皮层内的不同神经细胞。不同的神经细胞 被“唤醒”,代表着对应的气味分子被闻到了。想象这个过程如弹钢琴一样,按下琴键,弹出不同的音,不同的节奏,便会奏出不同的melody。好吧,这里可 能又会和Pattern recognition有关系了,不能再展开了,回到嗅觉这个问题上来。



概括来讲,其工作机理为lock-key mechanism。lock(锁)是指receptor,气味分子是key(钥匙)。也就是说,每个气味分子都对应一种感受器。吸一口气,有多少锁开了,大脑就知道锁是怎样的。这个是神经科学本科最标准最教科书的答案,记住这个,咱们非专业人士妥妥地够了。

【谢评论中@Yuanning 前辈的指教:lock-key mechanism表述的不是十分准确,receptor和odor之间并不是一一对应,而是population coding或者说combinatorial coding,一种odorant可能激活多个receptor,一个receptor也可以sensitive to multiple odorants. 准确的说法大概应该是一种气味对应一组感受器的组合。】

再往下讲,就是药理和生化了。稍微点一下题:从这个层面来看,嗅觉偏好是如何被影响的呢?
基因例子:早在90年代,就有不少证据表明基因histocompatibility complex (MHC)会影响人类和老鼠的气味和配偶喜好。
相关论文:
MHC genes, body odours, and odour preferences
ncbi.nlm.nih.gov/pubmed

药理实验例子:大脑的嗅球里的α2-adrenoceptor 激活通过cAMP-independent机理刺激嗅觉偏好的学习(老鼠实验)。(原文:Olfactory bulb α2-adrenoceptor activation promotes rat pup odor-preference learning via a cAMP-independent mechanism

------题外话-----
这 里我想多说一点点..虽然非常受争议,但是我很喜欢的理论(说这句话的意思是,大多数神经科学家,UCL大多数有点名气的教授都很唾弃这个理论)。UCL 曾有个很牛逼的教授在2000年提出了一个挑战之前这个化学lock-key机理的理论,他认为气味分子可以有无数种,但鼻子就这么大,不能“提前安装” 所有未知的感受器,那么如果闻到一个新的气味分子,鼻子就得有个新感受器吗?这没道理啊,感受器的活动肯定不是这么简单的靠分子的化学结构决定的。应该还 通过分子的振动频率来决定不同的嗅觉反应。而且这个理论立马在量子物理上也被证明可行了。嗷嗷嗷嗷,我当时有多鸡冻啊啊,当时我恨不得去学 量子物理啊同志们啊,太TM有趣了啊有木有!全身全身上下都被这有趣理论给点燃。...但是接下来两年就有两篇nature的文章用神经科学实验证明了这 个理论在生物上是不对的。之后这个大神离开了UCL,去MIT做电子鼻了。不知道是不是因为这个原因,其他做嗅觉的专家也逐渐离开,而到现在,UCL没有 一个lab,甚至没有一个教授,至少我现在还没找到,正儿八经做嗅觉研究。罪恶的UCL!妈蛋你会后悔的!UCL神经学号称世界第二,居然没有做嗅觉的部 门,真是耻辱。耻辱!好,擦掉唾沫,咱们言归正传。
------题外话完毕-----


扩展阅读:
感受器(中文繁体)简介:smallcollation.blogspot.co.uk
嗅觉维基百科:Olfaction
某免费神经科学教材:Chemical Senses: Olfaction and Gustation (Section 2, Chapter 9) Neuroscience Online: An Electronic Textbook for the Neurosciences

【注:本文为原答案的扩展section:从科学上怎么解释,有些人觉得榴莲很香,有些人觉得很臭?

编辑于 2014-10-31

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