Nat Commun | 为什么断断续续的饭香也能闻出是啥菜？哈佛大学揭示间歇性嗅觉信号的感知与神经编码

你有没有过这样的经历：厨房飘来一阵一阵饭菜香，明明不是持续不断，你却能准确判断香味从哪来、浓不浓？夏天傍晚，晚风把花香断断续续吹过来，你依然能知道附近有花。

这些一阵一阵、断断续续的气味，动物到底是怎么感知、怎么判断、怎么靠它做决定的？大脑又是如何把这些碎片化的气味信息拼起来的？

2026年4月29日，哈佛大学Venkatesh N. Murthy教授团队在《Nature Communications》上发表研究《Perception and neural representation of intermittent odor stimuli in mice》。

结果显示，小鼠能够在数秒内对断断续续的气味脉冲进行整合，并以此做出判断；其中吸气阶段接收到的气味信号，对决策的影响明显更大，这一规律与嗅觉感觉神经元的反应强度高度一致。同时，前梨状皮层（APCx）的神经元只对气味脉冲做随机、短暂的反应，并不出现证据累积式的逐步增强活动。

小鼠能统计不规则出现的气味吗？

研究团队设计了一项二选一强迫选择行为任务：将小鼠头部固定，向其鼻腔随机释放时长仅 50 毫秒的短暂气味脉冲，让小鼠根据脉冲总数判断并做出选择 —— 高于阈值舔一侧水嘴，低于阈值则舔另一侧。

结果表明，小鼠能快速学会这项任务，判断准确率接近 90%。它们可以在 1.25 秒至 10 秒的时间范围内稳定整合气味信息，且仅依靠气味本身做出判断，不受气流变化或声音干扰。进一步通过混合效应逻辑回归分析证实，小鼠对不同时间出现的气味脉冲会赋予不同的感知权重，说明其在持续累积气味证据，而非只依赖某一瞬间的刺激。

为什么吸气时闻到的气味更有效？

小鼠的呼吸频率约3赫兹（每秒3次呼吸）。研究者把每个呼吸周期平均分成15段，精准分析不同呼吸相位对行为的影响。

结果显示，吸气峰值时的气味脉冲，感知权重最大；呼气时的气味脉冲，几乎被完全忽略。用宽场钙成像观察嗅觉感觉神经元（OSNs，鼻子里的第一级嗅觉神经元），发现它们的响应强度与小鼠的行为权重高度吻合（相关系数0.94），这意味着这种吸气优先的感知偏向，从嗅觉输入的最源头就已经决定了。

因此，吸气时闻到的气味更有效，大脑无法弥补呼气期错过的信息。

大脑皮层是怎么处理这些碎片化信息的？

研究者用在体电生理技术，记录了前梨状皮层（APCx）的神经元活动。如果APCx负责累积证据，我们应该看到随着气味脉冲一个个出现，某些神经元的放电频率应该逐渐升高或逐渐降低（像一个累加器）。

结果显示，神经元随气味脉冲增多呈现增强或减弱放电，但全程未出现逐渐升高 / 降低的累积信号。分时段解码结果显示，各时间段编码准确率一致，临近决策时刻也无明显提升。约 20 个神经元的群体活动即可反映总脉冲数，但仅编码实时感觉信息，不存储累积值。

因此，该脑区只实时转播气味信号，不负责将信息累积起来用于决策。

单个神经元是靠各自响应还是团队合作来编码气味的？

研究者用DUNL反卷积深度学习算法拆解单个神经元的响应，发现了嗅觉皮层的随机编码策略：单个神经元只对约50%的气味脉冲产生反应，每次激活的细胞群体都不同，脉冲间隔小于1秒时，会出现适应现象（响应减弱）。按呼吸相位将神经元分为4群，约一半细胞完全不受呼吸影响，另一半受不同程度调控；呼吸调控越强的神经元，解码任务信息的准确性越高。

因此，皮层依靠神经元群体随机配合编码气味，呼吸仅调控部分细胞的响应。

全文总结

本研究证实小鼠可跨呼吸周期整合间歇性气味脉冲完成数量判别，吸气期气味感知权重更高且源于外周嗅觉神经元的相位响应；前梨状皮层以随机、瞬时、群体编码方式传递实时气味信息，不承担证据累积功能，呼吸节律全程限制嗅觉信息加工，完整揭示自然波动气味的行为策略与神经通路编码规律。

小编寄语：

当你站在厨房门口，饭香一阵一阵飘过来，即便不是持续不断，你也能立刻判断出 “在炖肉”；傍晚走在路上，花香断断续续随风而来，你依然清楚 “附近一定有花”。我们之所以能做到这一点，是因为嗅觉系统并不会只靠某一瞬间的气味做判断，而是会把这些碎片化、时有时无的气味信号，在短短几秒内收集、整合起来，形成可靠的感知。最终你感受到的，从来不是单独某一口呼吸的气味，而是跨越数秒、整合多次呼吸之后的完整嗅觉信息。

https://doi.org/10.1038/s41467-026-72445-1

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