1960年，电影《神秘气味》的首映标志着电影史上的一个非凡事件:这是第一部也是最后一部“光荣的嗅觉-视觉”电影处女作。为了让观众在熟悉的视觉和听觉的同时，也能有一种动态的嗅觉体验，一些影院配备了鲁布·戈德伯格式的装置，可以将不同的气味直接输送到座位上。
观众和影评人很快得出结论，这段经历很糟糕。由于技术问题，《嗅觉幻视》受到了严厉的批评，成为了娱乐历史上独一无二的笑料。然而，Smell-O-Vision的失败并没有阻止企业家们继续追求将气味传递给消费者的梦想，特别是在最近几年，通过数字气味技术。
这些努力曾登上新闻头条，但收效甚微，部分原因是人们对大脑如何将气味化学转化为嗅觉感知的理解有限——这一现象在很多方面对科学家来说仍然是不透明的。
哈佛医学院神经生物学家的一项研究为嗅觉之谜提供了新的见解。研究人员在7月1日发表在《自然》杂志上的报告中首次描述了不同气味之间的关系是如何在大脑中负责处理气味的区域嗅觉皮层中编码的。
通过传递具有精心选择的分子结构的气味，并分析醒着的老鼠的神经活动，研究小组表明，皮层中气味的神经元表征反映了气味之间的化学相似性，从而使大脑能够将气味分类。此外，这些表征可以通过感官体验重新连接。
研究结果表明，一种神经生物学机制可以解释为什么个体对气味有共同但高度个性化的体验。
研究结果为更好地理解大脑如何将气味化学信息转化为嗅觉感知开辟了新的研究途径。
达塔说:“这是第一次证明嗅觉皮层是如何编码它所负责的事情的信息的，这就是气味化学，嗅觉的基本感官线索。”
嗅觉使动物能够识别周围世界的化学性质。鼻子里的感觉神经元检测气味分子，并将信号传递给嗅球，嗅球是前脑中的一个结构，最初的气味处理发生在这里。嗅球主要将信息传递给嗅觉皮层的主要结构梨状皮层，以便进行更全面的处理。
光或声音是很容易通过调整频率和波长等特征来控制的刺激，但与之不同的是，很难探测到大脑是如何构建传递气味的小分子的神经表征的。通常，细微的化学变化——这里几个碳原子，那里几个氧原子——会导致嗅觉上的显著差异。
达塔和该研究的第一作者、HMS神经生物学研究员斯坦·帕什科夫斯基(Stan Pashkovski)以及同事们通过关注大脑如何识别相关但不同的气味来应对这一挑战。
达塔说:“我们都认为柠檬和酸橙的气味相似，这意味着它们的化学成分一定在某种程度上唤起了我们大脑中相似或相关的神经表征。”
为了进行调查，研究人员开发了一种定量比较气味化学物质的方法，类似于波长的差异，例如，可以用来定量比较光的颜色。
他们利用机器学习研究了数千种已知有气味的化学结构，并分析了每种结构的数千种不同特征，如原子数量、分子量、电化学性质等。总之，这些数据使研究人员能够系统地计算出任何气味相对于另一种气味的相似或不同程度。
从这个库中，团队设计了三组气味:一组具有高度多样性;一种具有中等多样性，气味被分成相关的簇;另一种是低多样性，结构只随着碳链长度的增加而变化。
然后，他们将小鼠暴露在来自不同集合的各种气味组合中，并使用多光子显微镜对梨状皮质和嗅球的神经活动模式进行成像。
实验表明，气味化学的相似性反映在神经活动的相似性上。相关的气味在梨状皮质和嗅球中产生相关的神经元模式，通过神经元活动的重叠来测量。相反，弱相关的气味产生弱相关的活动模式。
在大脑皮层中，与嗅球中的模式相比，相关气味会导致更强烈的神经活动聚集模式。这一观察结果在单个小鼠中都是正确的。气味关系的皮层表征是如此紧密相关，以至于它们可以用来根据对另一只老鼠的测量来预测一只老鼠的气味。
进一步的分析发现了一系列不同的化学特征，如分子量和某些电化学性质，这些特征与神经活动的模式有关。从这些特征中收集到的信息足够可靠，可以根据在不同动物身上进行的一组单独气味的实验来预测一种动物对一种气味的皮层反应。
研究人员还发现，这些神经表征是灵活的。老鼠反复被给予两种气味的混合物，随着时间的推移，这些气味在皮层中相应的神经模式变得更加紧密相关。即使两种气味具有不同的化学结构，这种情况也会发生。
大脑皮层的适应能力部分是由选择性地重塑气味关系的神经元网络产生的。当这些网络的正常活动被阻断时，大脑皮层对气味的编码更像嗅球。
“我们展示了两种气味，就好像它们来自同一来源，并观察到大脑可以重新排列自己，以反映被动的嗅觉体验，”达塔说。
他补充说，柠檬和酸橙气味相似的部分原因可能是同一物种的动物具有相似的基因组，因此嗅觉感知相似。但每个人也都有自己的看法。
达塔说:“大脑皮层的可塑性可能有助于解释为什么气味一方面在个体之间是不变的，而另一方面又可以根据我们的独特经历来定制。”
总之，这项研究的结果首次证明了大脑是如何对气味之间的关系进行编码的。与相对了解的视觉和听觉皮层相比，嗅觉皮层是如何将气味化学信息转化为嗅觉感知的，目前还不清楚。
根据作者的说法，现在确定嗅觉皮层是如何映射类似气味的，为理解和潜在地控制嗅觉提供了新的见解。
“我们还没有完全理解化学反应是如何转化为感知的，”达塔说。“没有任何计算机算法或机器可以通过一种化学结构来告诉我们这种化学物质的气味。”
达塔说:“为了真正制造出这种机器，并有朝一日能够为人类创造一个可控的虚拟嗅觉世界，我们需要了解大脑是如何对气味信息进行编码的。”“我们希望我们的发现是在这条道路上迈出的一步。”
