想象一只小鼠在觅食时，快速、断续地嗅着它找到的碎屑。再与人类对比一下，人类会靠近去深深吸一口气，以判断哈密瓜是否成熟。
西北大学的最新研究发现，与人类一样，小鼠也可以通过单次嗅闻来有意识地探测周围环境——这是科学家此前并不知晓的现象。
这两项互补的西北大学研究将于7月3日共同发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上。研究从不同角度探讨了嗅觉机制，发现啮齿动物和人类依赖相同的神经生理学基础——大脑的运动和节律性构建模块——来处理气味。根据研究结果，尽管小鼠的单次嗅闻比人类的要短得多，但气味处理的基本节律是相同的。研究结果表明，这些感觉系统本质上是相似的，并在进化过程中得以保留。
综合这两项实验室的研究结果表明了一个重要发现：哺乳动物都依赖相似的基本嗅觉系统，每个物种都在相同的基本设计上添加了自己的独特变化。这项工作回答了一个基本问题：小鼠和人类如何采样环境，以便理解环境并预测我们下一步想要做什么？
"真正的相似之处在于这种单次嗅闻，但这不仅仅是嗅闻，"西北大学芬伯格医学院神经科学助理教授、该研究的通讯作者约翰·M·巴雷特(John M. Barrett)说。"小鼠在嗅闻时甚至会移动它们的爪子，这表明这是有意识的行为——它们是有目的地在这么做。"
对人类的影响
研究作者表示，嗅闻行为的变化与自闭症、阿尔茨海默病和帕金森病等疾病相关，因此了解嗅觉系统的基本连接方式可能有助于早期检测或更好的治疗方法。
"知道我们拥有这种在进化上保守的机制集，有助于我们理解哺乳动物大脑如何工作，最终可能帮助我们理解它们在病理情况下如何失效。这帮助我们知道大脑如何工作，这样当大脑不能正常工作时，我们就知道如何修复它。"
——第一作者安德鲁·舍里夫(Andrew Sheriff)
两篇论文的故事
一项研究发现，小鼠使用单次嗅闻来检查食物，这种行为看起来非常像人类。另一项研究发现，人类在单次缓慢嗅闻中以快速速率组织气味信息，这种嗅觉脑处理形式看起来非常像啮齿动物。这些独立但互补的研究共同表明，在这两种哺乳动物的嗅觉工作背后，存在共享的基本生物规则，并且这些规则在进化过程中得以保留。
第一项研究：小鼠可以像人类一样嗅闻
第一篇论文始于一个简单的观察：当小鼠处理食物时，它们偶尔会将食物短暂地拿到鼻子前，然后继续进食。
该研究在西北大学芬伯格医学院神经科学系戈登·M·G·谢泼德(Gordon M. G. Shepherd)的实验室进行，同时还有来自宾夕法尼亚大学和佛罗里达大学医学院的同事参与。
研究团队构建了一个机器人多摄像机记录系统，跟踪小鼠在觅食和进食时的行为。在谢泼德实验室的高芒(Mang Gao)和巴雷特的带领下，科学家们高精度地跟踪了小鼠的爪子和头部运动，同时监测它们的呼吸。
研究发现，小鼠会将单次嗅闻精确地与食物到达鼻子的时刻同步，精准协调它们的爪子、头部和呼吸。与它们在寻找食物时使用的稳定嗅闻不同，这种行为快速而有目的性，很像人类在咬食前将食物举到鼻子前仔细嗅闻一下。
该研究发现，当处理难吃的食物时，小鼠嗅闻得更用力，但这不仅仅是气味的存在驱动了这种行为。当科学家干扰小鼠的嗅觉时，它们仍然正常进行食物嗅闻。最终阻止这种行为的是抑制运动皮层——与有意识、有目的性运动相关的脑区。
"这意味着当小鼠嗅闻食物时，它们并不是对气味的反射性反应，而是主动的有意识感官采样行为，"谢泼德实验室的博士后学者高芒说。"事实证明，小鼠会选择执行这些快速的'嗅检'，这是许多人类嗅觉行为的特征，而不是被动触发嗅闻。"
这是第一项在真实世界环境中记录啮齿动物有意图、非反射性嗅闻行为的研究。
第二项研究：人类可以像小鼠一样处理气味
第二项研究来自芬伯格神经病学系的克里斯蒂娜·泽拉诺(Christina Zelano)实验室，与芬伯格耳鼻喉科的布鲁斯·谭(Bruce Tan)博士合作，旨在回答人类如何能够通过单次缓慢嗅闻达到与啮齿动物相同的感知精度。
"我们想知道，即使我们的嗅闻速度比啮齿动物慢10多倍，我们如何能像啮齿动物一样快速识别气味，"泽拉诺实验室的博士后学者舍里夫说。"通过使用一种新技术直接记录人类嗅球的活动，我们能够发现气味处理的节律与啮齿动物非常相似，表明跨物种的嗅觉时间窗口是保守的。"
研究团队使用了泽拉诺实验室开发的一种微创高精度方法，记录健康人类志愿者大脑中的嗅闻活动。当参与者进行单次有意识的吸气时，这会在人类嗅球中引发低频脑波，称为θ振荡（2-8 Hz），其频率与啮齿动物嗅闻的频率完全相同。研究发现，这种缓慢的脑节律有助于组织大脑实际处理气味时发生的更快速度活动，这意味着人类大脑可以从单次嗅闻中生成θ节律，并以啮齿动物使用其嗅闻周期的相同方式使用它。
"我们的发现意义重大，"西北大学跨学科神经科学的研究生、共同作者杨巧涵(Qiaohan Yang)说。"在啮齿动物中，嗅闻和θ是如此紧密融合，以至于两者几乎无法区分。在人类中，较慢的嗅闻速率将它们分开，揭示θ振荡作为一种独立生成的节律，单次有意识的吸气就足以激活它。"
来源：西北大学
参考文献：Sheriff, A., et al. (2026). Theta oscillations are an organizational unit of odor processing in the olfactory bulb. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.aee1002.
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