像狗和啮齿动物这样的物种使用它们的嗅觉来导航到理想的物品和地方，远离那些应该避免的物品和地方。但是人类有相同的能力吗?问题是宾夕法尼亚大学的神经生物学家杰伊·戈特弗里德一直试图回答，通过混合松树和香蕉气味来创造一种独特的“嗅觉景观”，他能够破译人类大脑如何使用这种气味信息来穿越特定的二维环境。
“我们五种感官中的每一种都扮演着独特的角色，但气味似乎被视为家庭中的黑羊，”宾夕法尼亚大学心理学和神经病学系任命的综合知识教授戈特弗里德说。“显然，你不需要嗅觉来进行测试或驾驶汽车，但它对我们的生活质量有重大影响。”
戈特弗里德一直在研究嗅觉科学超过15年。这项工作最初探讨了大脑如何让人类检测，辨别和识别气味。最近，他的研究重点已经转移到嗅觉空间导航，可以说是嗅觉系统最重要的功能之一。
该主题是他和同事在“神经元”杂志上发表的一篇新论文的基础。他们的研究使用松树和香蕉气味的不同组合来构建二维网格，戈特弗里德描述为嗅觉景观。当参与者在“开始”和“结束”网格点之间移动时 - 基于他们闻到的气味混合物 - 他们的大脑反应显示出具有六边形对称性的激活模式，其充当事实上的嗅觉图。更重要的是，这种模式类似于先前显示的网格状映射结构，以帮助动物进行其他形式的空间导航。
“几篇令人兴奋的论文表明，使用功能成像技术，你可以在人脑中找到这种类似网格的架构的代理，”戈特弗里德说。“我们在这项研究中所做的是将有关气味导航的概念性想法与网格单元模型结合在一起，然后使用一组气味来定义二维空间。”
Gottfried和他的同事们将这个想法应用到他们的研究中，招募了25名受试者，通过由6个强度级别的松树和6个强度级别的香蕉定义的“竞技场”完成嗅觉导航任务。画出一个36个正方形的网格，香蕉定义一个轴，松树定义另一个。在实验中，受试者必须在心理上从“开始”气味(香蕉松混合物的某种组合)到“结束”气味(不同的组合)导航，然后指示他们的运动是否与他们在这种气味中的预测最终位置相匹配。
通过这种实验设计，宾夕法尼亚大学的科学家们首先试图了解受试者是否能够成功地完成这样的气味任务，他们的结果表明人类可以学会以这种方式导航。
但是他们也想知道他们的结果是否会显示出类似于已经记录在动物身上的网格细胞结构。他们的功能成像数据表明，人类的气味导航在内嗅皮质，腹内侧前额叶皮层和前梨状皮质中引起类似的网格细胞活动，三个脑区与边缘和嗅觉系统密切相关。重要的是，研究人员发现，在内嗅皮质中具有更强网格状活动的参与者更成功地从第一种气味转移到第二种气味。
戈特弗里德承认，与现实环境不同，在这个实验中，受试者并没有积极地，物理地穿越太空。相反，“运动”涉及气味中两个气味坐标之间的心理导航。但是这个研究设置结果与真实生活场景有其他共同之处。
“气味强度随着气味源的距离而增加，”戈特弗里德说。“例如，当你离你最喜欢的甜甜圈店越来越近时，甜甜圈的气味就越强烈。这样，我们创造的气味空间，香蕉和松树气味从强到弱，表明这种设计大致捕捉了什么一个人可能自然会遇到。“
在未来，戈特弗里德计划改变他的实验设置，从更抽象的感知预测任务，到虚拟现实计算机游戏，参与者需要在充满气味的竞技场中追踪和定位特定的气味。“通过反复试验，他们将开始了解虚拟空间中气味的关系位置，”他解释道。“然后我们将应用类似的分析来看看网格细胞是否起作用。”
这是一系列工作的一部分，旨在促进对气味的更好理解，戈特弗里德说，他感到很幸运。“想象一下，每个人聚集在一张感恩节餐桌旁，一个人无法闻到食物的味道。他们无法真正参与到那次谈话中，或者感觉与餐的共享体验有关。有很多这样的例子，”他说并补充说：“嗅觉有一个非常独特的目的，并赋予其他感官无法提供的独一无二的行为优势。”
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