氣味是怎麼被鼻子感受到的?


【生物知識大科普】繼續開講

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先擺結論:氣體中的氣味分子通過被嗅上皮中的嗅覺感受器細胞捕捉並與之特異性結合,產生動作電位傳遞至嗅覺中樞,形成嗅覺

以下請看正文↓↓↓

關於這個問題,細節總的可以看下圖:

圖1 嗅覺感受器以及嗅覺系統的組成

圖自Press Release: The 2004 Nobel Prize in Physiology or Medicine to Richard Axel and Linda B. Buck

自然界中能引起嗅覺產生的氣味物質總共有2萬種之多,而人類能夠分辨和記憶1萬種不同的氣味。而行使這一種功能的,正是人的「嗅覺感受器」(Odorant receptor)。

嗅覺感受器位於鼻道及鼻中隔後上部的嗅上皮(Olfactory epithelium,圖1中寫的是Nasal epithelium)中。嗅上皮由嗅覺感受器細胞(Olfactory receptor cells)和一些支持細胞構成。

這些嗅細胞的頂端,可以看到圖1,在它們露出鼻腔的一側有伸出6-8條短而細的纖毛,這些纖毛都浸潤在黏液之中;而這些嗅細胞的另一端,則由無數根無髓纖維組成的「嗅絲」,穿過篩骨(就是圖1中的Bone)進入嗅球(Olfactory bulb,可見圖2中的具體位置中。

圖2 鼻腔的生理結構

圖自Bromley S M. Smell and taste disorders: a primary care approach[J]. Am Fam Physician, 2000,61(2):427-436, 438.

之前也說道,人類可以辨認出1萬多種氣味,但這究竟是怎麼實現的呢?這就是2004年諾獎得主Richard Axel和Linda B. Buck的研究貢獻了。

他們發現,在人類中約有1000種可以編碼嗅覺感受器細胞膜上不同受體的基因(是的,佔到了人類基因總數的約3%之多),而且每個嗅覺感受器細胞只表達這1000種基因中的一種。這也就是說,人類的嗅覺感受器細胞總共可以分為1000種之多

但是,這1000多種嗅覺感受器細胞,又是怎麼分辨出1萬多種氣味的呢?現在已知這些嗅覺基因編碼的各種受體蛋白與嗅質(引起嗅覺的物質)結合的能力都不同,而且他們研究發現,一個嗅覺感受器細胞可以對多種嗅質起反應,一種嗅質又可以激活多個嗅覺感受器細胞(如圖3,用微電極記錄的3種受體對4種不同的嗅質的反應)。這樣,它們就可以產生更多的組合,形成大量的氣味模式,於是我們就能分辨出大約1萬多種氣味了。

圖3 單個嗅覺感受器細胞的反應特性

而至於不同的嗅質是怎麼刺激特異的嗅感受器細胞的,正如圖1下方所示,當通過呼吸,氣體中的氣味分子被嗅上皮部分的黏液所吸收,然後擴散到嗅感受器細胞的纖毛上,與纖毛表面的特異性受體所結合,這種結合可以引起細胞內第二信使物質的產生,並最後導致膜上離子通道的開放,Na+、Ca2+等離子流入細胞,引起細胞膜電壓的改變,產生去極化,然後形成動作電位沿軸突傳向嗅球處,進而傳到腦中的嗅覺中樞,引起嗅覺。

嗅覺中樞的位置見圖4,它的位置在邊緣葉的前底部,包括了梨狀區皮層的前部和杏仁的一部分。嗅信號的傳入主要通過連接嗅球的第一對腦神經(Cranial nerve I),傳入後還可以通過前連合從一側腦傳向另一側進行處理,此外還可以通過與杏仁(Amygdaloid)、海馬(Hippocampus)的纖維聯繫,引起嗅覺記憶情緒活動。此外還有第五對腦神經(Cranial nerve V)也就是三叉神經,它的上頜支也可以通過傳遞鼻腔粘膜中感受到的溫度、刺激等感覺,影響對嗅覺的反應。

圖4 嗅覺中樞圖示

圖自Bromley S M. Smell and taste disorders: a primary care approach[J]. Am Fam Physician, 2000,61(2):427-436, 438.以上,便是嗅覺的形成過程。

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有興趣可以參考《生理學》,以及Richard Axel和Linda B. Buck之後的幾項最新研究成果。


「這個屁分子呢,穿過你的內褲,到達你的鼻子,就被你聞到了」——生物老師


能產生氣味的物質不止1萬種,現在通常的看法是40萬種。

所謂氣味識別的量子效應正確的說法應該是氣味分子的紅外振動理論,是有義大利科學家Luca Turin提出來的,TED裡面有他的演講。但是這個理論一經被證明是錯誤的,現在還沒有能合理解釋所有氣味分子識別的理論。

Google曾發布了一個April Fool的產品:Google Nose,即用手機或者電腦來識別香味。從目前來說雖然是一個玩笑,但是如果能夠解決氣味感測器的性能問題的話,這個並非不可能。除了google以外,IBM在2012年發布的Five in Five的主題是Computer with Five Senses,裡面也包括了smell。可見巨頭們雖然知道氣味感測是個難題,但都在致力於解決這個問題。


為什麼我的第一反應就是運放,感測器。。。


先說一下,我也並不了解很多,而且我也一點也不感興趣,但我又不是一點也不知道,這是為什麼呢~_~

先上答案:人的鼻子是一種被低估的工具,我們通過鼻子中的氣味接收器來接收氣味,這些氣味接收器是一種細胞,他們可以感知氣味並向大腦發送信息。

當然,我們偶爾會對有些氣味敏感,有些氣味不敏感。這是為什麼呢,因為大腦發現讓所有氣味接收器一直工作會導致效率低下,但在需要的時候,大腦仍可產生新的接收器。

大腦真是個聰明又傲嬌的小傢伙。(想起一個笑話:---為什麼大腦是人身體中最聰明的器官?---別忘了這個認識可是大腦做出的。)

驕傲地傢伙~_~

而且大腦發現最好讓氣味接收器可以隨時用於接收不熟悉危急的信號。所以我們鼻子聞到氣味是氣味接收器和大腦的共同作用產生。

那我為什麼會知道來~

因為這是

~_~,05年考研完形填空題。 侵刪~


感測器感知到氣味信息


比上面的生物學解釋更深一層的解釋是:

氣味分子引起電子隧穿,進而引發電位。


而至於不同的嗅質是怎麼刺激特異的嗅感受器細胞的,正如圖1下方所示,當通過呼吸,氣體中的氣味分子被嗅上皮部分的黏液所吸收,然後擴散到嗅感受器細胞的纖毛上,與纖毛表面的特異性受體所結合,這種結合可以引起細胞內第二信使物質的產生,並最後導致膜上離子通道的開放,Na+、Ca2+等離子流入細胞,引起細胞膜電壓的改變,產生去極化,然後形成動作電位沿軸突傳向嗅球處,進而傳到腦中的嗅覺中樞,引起嗅覺。


人之所以感覺到香臭之味其實是某種物質的分子擴散到人的鼻子里,使人的嗅覺器官產生一系列反映,形成特定的信息傳入大腦,從而形成一定的氣味判斷


請不要懷疑

當你在廁所聞到臭味的時候,「屎分子」已經被你吸入鼻腔中了

就這樣


用聞的(⊙_⊙)


通過空氣這種戒指傳播~就到你鼻子啦!然後碰到你的感受器傳入中樞神經然後巴拉巴拉的。。。。。。不懂哈哈哈哈


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