外围嗅觉编码中受体的广泛调制 | 脑海Yeah( 二 ) 本文来源于“复旦大学脑科学

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图1嗅觉感受细胞的nomodulation响应模型
那实际情况到底是怎样的？我们可以先拿出几个嗅觉感受神经元来做个小小的测试。我们准备好了5个有活力的嗅觉感受神经元，以及A、B、C三种气味分子来进行这个实验。
下图中，当分别且独立使用A、B、C三种物质刺激嗅觉感受神经元时，只有A物质能够在1~4号细胞上激起比较明显的反应（图中粉色框所示），而B物质和C物质都无法让这些细胞做出任何反应（在图中表现为没有峰值）。
但是当我们给予A物质作为刺激的同时再施加B刺激，有些奇怪的事情发生了。 4号细胞和5号细胞的反应突然增加了（图中蓝色方块所示）；而当我们同时给A物质和C物质作为刺激时， 1号和2号细胞的反应强度却下降了（图中橙色方块所示），而3号细胞则特立独行得完全不受B与C的影响。
我们可以隐隐约约地发现，嗅觉感受神经元的对于混合刺激的响应并不是一个1+1=2的模式，它可以是1+1=0（反应被抑制），也可以是1+1=3（反应被增强），甚至1+1=1（不受影响）。

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图2混合气体刺激下嗅觉感受神经元的响应情况
这是偶然的吗？还是说这是嗅觉感觉神经元普遍存在的一种现象？只有5个神经元自然是无法让人信服的，我们需要更多的数据。下图是对五只小鼠进行实验，统计了11936个嗅觉感受神经元，并进行数据分析处理后的结果。其中有80个神经元在混合气体的刺激下表现出被抑制(图3左) ，有73个神经元表现出活动增强(图3右) 。很显然这种增强与抑制的表现，都不是1+1=2的模式。

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图3通过高通量钙成像绘制小鼠嗅觉感觉神经元在混合气体处理下活动抑制与增强的heatmap
有了这么多的数据作为支持，我们可以大致提炼一下嗅觉感受细胞对于混合刺激的响应模式了。下图中左边是我们一开始建立的简单模型，已经被实验的数据所否定了。于是根据我们刚刚所观察到的现象，我们可以归纳出一个新的模型，叫做ModulationModel.嗅觉感受细胞在收到混合气味分子的刺激时，它们的反应更像是下图(图4)中右侧的这种形式。 X与Y混合在一起，会使得一些原本在独立刺激下有响应的细胞被沉默(Inhibition) ，同时也激活(Enhancement)一些原本对于独立刺激没有任何反应的新细胞，比如下图(图4)中的R7与R8 。
这看起来杂乱无章也不太好理解，专业性的说法是抑制(Inhibiton)效果增加了编码的稀疏性，而增强(Enhancement)效果则扩增了编码谱的宽度(thespecturmofodorcodingisexpanded) ，而从结果上来说，通俗的理解则是，使用新的编码方式，最开始无法被区分的X+Y与X+Y+Z现在就能够被我们的嗅觉系统辨别出来了。

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【外围嗅觉编码中受体的广泛调制 | 脑海Yeah】图4嗅觉感受细胞的nomodulation响应模型与modulation响应模型
任何一种感官系统，在不断向上游结构传递信息时，编码方式会逐渐变得复杂，这是易于理解的，复杂的编码让我们能分辨复杂的信息。但嗅觉在从初级感官受体水平上的刺激就能够诱导出复杂的活动，这显得很不寻常。在如此早期的感觉辨别水平上，这种不寻常的复杂性提出了一个关键的问题，即高级嗅觉过程与其他感觉系统之间可能存在一些不同。