私たちの嗅覚に新たなニュアンスが加わっていることを発見 Researchers reveal an added layer of nuance in our sense of smell
2023-01-04 カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)
私たちの嗅覚は複雑で、何百種類もの匂いの受容体が協調して働いている。においが特定の神経細胞を刺激すればするほど、その神経細胞はより多くの電気信号を脳に送ることになる。しかし、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究者たちは、ある閾値以上のにおいがすると、これらのニューロンが実際に沈黙することを発見した。驚くべきことに、これは脳がそれぞれの匂いを認識するのに不可欠なものだったのです。分子・細胞・発生生物学部門のマチュー・ルイ准教授(リンクは外部サイト)は、「これは特徴であって、バグではありません」と述べている。
この逆説的な発見は、Science Advances(外部リンク)に掲載され、嗅覚に関する我々の理解を揺るがすものである。「同じ匂いでも、濃度が異なると、非常に異なるパターンの嗅覚ニューロンが活性化されることがあるのです。「このことは、ある種の匂いが、低濃度、中濃度、超高濃度において、我々にとって全く異なるものとして知覚されることの理由を説明するかもしれません。例えば、遠くから嗅いだ熟したバナナの匂い(甘くてフルーティー)と、近くから嗅いだ匂い(強烈で人工的)を考えてみてください”。
人間の鼻には数百万個の感覚神経があり、その一つ一つに1種類のにおい物質受容体があります。合計すると、約400種類の受容体があり、感度が重なり合っています。化学物質はそれぞれ、受容体が試着している異なる靴のようなものです。ある靴はぴったりとフィットし、ある靴はよくフィットし、またある靴はまったくフィットしません。より良いフィット感は、受容体からより強い反応を生み出します。匂いの濃度を上げると、その物質に対する感度が低い受容体を持つニューロンが活性化されます。私たちの脳は、活性化されたニューロンの組み合わせで匂いを識別するのです。
科学者たちは、神経細胞はある一定のにおい濃度を超えると効果的に最大になり、その時点で活性が停滞すると考えていた。しかし、ルイスの大学院生、デビッド・タドレス(リンクは外部サイト)が率いるチームは、その正反対であることを突き止めた。神経細胞はある濃度を超えると実際に活動を停止し、最も感度の高いものから順に活動を停止していくのである。
<関連情報>
- https://www.news.ucsb.edu/2023/020800/multifaceted-sensation
- https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade7209
嗅覚ニューロンの脱分極ブロックが匂いの符号化の次元を拡大させる Depolarization block in olfactory sensory neurons expands the dimensionality of odor encoding
David Tadres,Philip H. Wong,Thuc To,Jeff Moehlis,Matthieu Louis
Science Advances Published:16 Dec 2022
DOI: 10.1126/sciadv.ade7209
Abstract
Upon strong and prolonged excitation, neurons can undergo a silent state called depolarization block that is often associated with disorders such as epileptic seizures. Here, we show that neurons in the peripheral olfactory system undergo depolarization block as part of their normal physiological function. Typically, olfactory sensory neurons enter depolarization block at odor concentrations three orders of magnitude above their detection threshold, thereby defining receptive fields over concentration bands. The silencing of high-affinity olfactory sensory neurons produces sparser peripheral odor representations at high-odor concentrations, which might facilitate perceptual discrimination. Using a conductance-based model of the olfactory transduction cascade paired with spike generation, we provide numerical and experimental evidence that depolarization block arises from the slow inactivation of sodium channels—a process that could affect a variety of sensory neurons. The existence of ethologically relevant depolarization block in olfactory sensory neurons creates an additional dimension that expands the peripheral encoding of odors.
