嗅觉进步：最近的嗅觉发现
加拿大神经科学会议 （CAN） 每年在加拿大不同的城市举办，欢迎来自全国各地及其他地区的研究人员。由于 2025 年会议在我们的总部附近举行，Aurora Scientific 很高兴能作为参展商参加。我们的母公司 Lafayette Instrument 及其其余的生命科学品牌 Campden Instruments、Actimetrics 和 ALZET Osmotic Pumps 也将出席。我们期待着共同为国内外的研究人员提供服务。为了向我们的首次 CAN 与会者致敬，以下出版物评论嗅到了最近的嗅觉研究，涵盖了嗅觉机制到神经发育症状的描述。
特色图片包含一张小鼠照片（©DanBrandenburg，来自 Getty Images Signature，通过 Canva.com 获取）以及图表（改编自 ©Conway 等人（2024 年），依据 CC BY 4.0 协议授权），展示了嗅觉感知随浓度变化的依赖性。Aa）实验装置，包括测试室、气味输送端口和排气口；Ab）气味输送端口的示意图，鼻触部位设有光束中断传感器，用于记录探究时间；（Ac）气味输送方案；B）在 2 - 庚酮（蓝色）和乙基虎皮酸乙酯（红色）刺激输送期间的气味探究时间；C）头部固定小鼠的面部特征追踪；Da）气味刺激前后的小鼠瞳孔直径；Db）乙基虎皮酸乙酯呈现期间（红色）以及其前三个空白刺激期间（灰色）的瞳孔直径相对变化，灰色阴影区域表示刺激期。
通过初级感觉神经元的变化获得嗅觉感知恒常性
感知恒常性指的是尽管感官输入不断变化，但仍能持续识别物体的能力。虽然这一现象已有充分记载，但实现感知恒常性的具体机制仍不清楚。为揭示这一问题，Conway 等人（2024 年）探究了小鼠在不同浓度下对一种陌生气味的感知情况，以及在与该气味建立关联后其感知的变化。感知恒常性指的是尽管感官输入不断变化，但仍能持续识别物体的能力。虽然这一现象已有充分记载，但实现感知恒常性的具体机制仍不清楚。为揭示这一问题，Conway 等人（2024 年）探究了小鼠在不同浓度下对一种陌生气味的感知情况，以及在与该气味建立关联后其感知的变化。
使用 Aurora Scientific 的 220A 型嗅觉仪输送稀释后的气味剂，保持总流量恒定为 1000 sccm（标准立方厘米/分钟）。气味以递增浓度呈现，并使用位于气味源附近的 200C 型 miniPID 快速响应嗅觉传感器进行监测。为评估小鼠对陌生气味的检测能力，通过视频记录在跑步机上头部固定的小鼠的关键面部特征。此外，还采用体内双光子成像技术，研究大脑如何表征不同浓度的气味。
有趣的是，研究发现，由于高浓度下嗅觉受体神经元传导失败，陌生小鼠的嗅觉感知会随浓度变化而发生转变。初级嗅小球的反应表明，这很可能是由去极化阻滞引起的，去极化阻滞会终止自发的动作电位发放。在与食物建立气味关联后，这种传导失败得以避免，从而使小鼠能够在较宽的浓度范围内保持稳定的感知。这种感知稳定性与初级感觉神经元的可塑性有关，包括受体敏感性和嗅小球结构的变化。总之，这些发现表明，早期的嗅觉体验通过鼻上皮中的适应性机制，塑造了一种稀疏且稳定的嗅觉身份编码，揭示了嗅觉感知恒常性的获得方式。
炎症梨状皮层向嗅球快速更新的反馈在规则反转期间传递多模态身份和奖励关联信号
大脑区域之间的长距离前馈和反馈相互作用对于灵活的行为至关重要。嗅球接收来自气味受体的结构化输入，并通过僧帽细胞和簇状细胞向多个皮层靶点发送信号，而这些皮层靶点又会反馈信息以塑造气味处理过程。虽然先前的研究表明，皮层向嗅球的反馈是稀疏的、气味特异性的，并且会因学习而增强，但目前尚不清楚这种反馈在奖励关联突然变化时如何适应，以支持行为灵活性。因此，Hernandez 等人（2025 年）在规则反转任务中，研究了梨状皮层向嗅球的反馈轴突是否除了编码气味身份外，还编码奖励关联的变化。
为评估这一点，研究人员训练头部固定的小鼠区分两种短暂（350 毫秒）的感官线索：纯音目标（Go）刺激和单分子气味剂干扰物（No-Go）。由于乙基戊酸酯具有较高的信噪比光电离特性，Aurora Scientific 的 200C 型 miniPID 快速响应嗅觉传感器被用于选择 1% 的乙基戊酸酯作为气味线索。采用多光子成像技术捕捉嗅球中的神经活动，同时对表达抑制性视蛋白 Jaws 的小鼠进行光遗传抑制。这些小鼠在特定试验中接受光照刺激，以抑制皮层反馈。
值得注意的是，从梨状皮层到嗅球的反馈既传递了刺激身份信息，也传递了奖励背景信息，并且在行为灵活性方面发挥着关键作用。具体而言，皮层反馈轴突对气味和听觉线索都有反应，并且在刺激 - 奖励关联发生变化后，其活动会迅速调整。这些神经变化先于行为调整，并与行为调整相一致。事实上，对反馈通路的光遗传抑制显著损害了任务表现，这支持了其在适应性决策中的作用。因此，这些发现表明，皮层反馈动态重塑嗅觉处理过程，以支持对不断变化的环境需求的适应性决策。
PDZD8 基因双等位基因突变在人类和小鼠中均会导致自闭症行为
伴有自闭症和畸形面容的智力障碍（Intellectual Disability with Autism and Dysmorphic Facies，简称 IDDADF）是一种罕见的神经发育障碍，由 PDZD8 基因突变引起。这些突变会干扰参与神经元脂质转运和钙调节的 PDZD8 蛋白。由于临床患者数量有限，PDZD8 相关智力障碍的小鼠模型（如 Pdzd8tm1b 小鼠品系）对于阐明疾病病理生理机制至关重要。为此，Pantiru 等人（2025 年）研究了 Pdzd8tm1b 小鼠品系中 Pdzd8 基因缺陷的行为和神经学后果，以及一个新发现的 PDZD8 基因双等位基因突变家族（称为 C 家族）的情况。
研究人员进行了多种评估，如同源基因定位、全外显子组测序和共同分离分析，以确定近亲结婚的 C 家族中导致 IDDADF 的 PDZD8 变异。在 Pdzd8tm1b 小鼠品系中，使用 Aurora Scientific 的 220A 型嗅觉仪输送具有社会意义的气味，用于嗅觉检测、习惯化和社交辨别评估。此外，还进行了行为、结构磁共振成像和显微镜分析，并使用密封代谢笼分析了代谢活动。
对 C 家族的临床调查发现，两名兄弟姐妹患有严重的智力障碍、自闭症、面部畸形以及其他神经系统症状，这些症状均与 PDZD8 基因第 1 外显子中的纯合无义突变有关。雄性 Pdzd8tm1b 小鼠尽管体重减轻，但活动量和代谢率增加，这反映了与 PDZD8 相关的代谢表型，与受影响的人类兄弟姐妹中观察到的体型减小情况一致。雌性 Pdzd8tm1b 小鼠在社交识别和基于嗅觉的社交行为方面表现出特定缺陷，包括无法区分具有社会意义的气味，同时小脑核体积减小、嗅觉皮层体积增大、成年神经发生减少以及树突棘密度增加。此外，Pdzd8tm1b 小鼠大脑中内质网应激和线粒体融合的标志物水平升高。这些发现共同表明，PDZD8 基因在自闭症和智力障碍背后的神经发育、代谢和细胞通路中发挥作用。
结论
随着 CAN 会议的临近，为展示神经科学的最新进展，Conway 等人（2024 年）、Hernandez 等人（2025 年）和 Pantiru 等人（2025 年）的这些研究强调了嗅觉处理的协同调控。从对外周感觉可塑性、动态皮层反馈和基因扰动的探索来看，它们共同凸显了嗅觉系统在认知和神经发育中的“嗅”觉核心作用。
