【神經生物】光線用聞的：鼻子當成視網膜用會如何？
■ 哈佛大學一群神經生物學家已培育出能用鼻子「聞」光線的老鼠，這對科學家了解嗅覺的神經生理機制大有助益。
編譯 ∣?汪芃
哈佛大學分子與細胞生物學系教授墨菲（Venkatesh N. Murthy）最近偕同校內同仁和冷泉港實驗室（Cold Spring Harbor Laboratory）團隊，運用光線來研究嗅覺，利用新興的光遺傳學（optogenetics），解開腦細胞如何分辨氣味的謎題。他說：「想要理出腦部如何感知各種氣味的差異，觀察腦部活動的分布圖似乎確實是最合理的做法。」
這份研究發表於《自然神經科學》（Nature Neuroscience）期刊。長久以來，嗅覺及一些複雜的感官系統難以用傳統的方法探勘了解，現在這份研究成果為將來的研究方向指引了途徑。墨菲表示：「用氣味來研究嗅覺，是大家直覺會想到的做法。但氣味的化學成分很複雜，拿來研究的話，要區分嗅覺神經迴路十分不容易。」
因此，墨菲和哈佛同仁及冷泉港實驗室團隊決定改用光線來研究嗅覺，運用新興的光遺傳學（optogenetics），研究腦細胞究竟如何分辨氣味。
所謂光遺傳學技術，即將光敏蛋白（light-reactive proteins）整合進原本無法感知光線的感官系統。墨菲及同仁運用這些稱為離子通道視紫質（channelrhodopsins）的蛋白，輸入老鼠的嗅覺系統，培育出一批老鼠，這些老鼠的嗅覺路徑對氣味沒有反應，而是會對光起反應。
墨菲指出：「想要理出腦部如何感知各種氣味的差異，觀察腦部活動情形，似乎確實是最合理的做法。但用嗅覺刺激的話，很難追蹤腦部活動，因為氣味五花八門，且常常難以捉摸。所以我們提出一個問題：如果讓鼻子像視網膜般運作會如何？」
有了光基因工程改造的老鼠，研究人員便能歸納嗅球（olfactory bulb）中的活動情形。嗅球是腦中直接接收鼻子傳遞訊息的區域。光線的刺激很好掌控，所以研究團隊能設計各種實驗，分別刺激鼻子裡特定的感覺神經元（sensory neurons），並觀察嗅球受這些刺激後，產生哪些活動情形。
墨菲說：「我們首先想知道的，是嗅覺反應如何形成，以及位置相近的腦細胞如何處理類似的刺激。」
然而實驗結果顯示，嗅覺訊息在腦中的空間分布，並不是形塑嗅覺的唯一因素；嗅覺訊息的時間順序，也會影響我們感知氣味的能力。這項研究指出，除了歸納嗅球中的空間分布，「聞」的時間點也會影響我們對氣味的感知。這份論文不僅替未來嗅覺系統的相關研究指引方向，也為其他感官系統的神經迴路研究開闢了一條新路。
原文出處：Non-redundant odor coding by sister mitral cells revealed by light addressable glomeruli in the mouse（Nature Neuroscience）
責任編輯：MissZoe
我認為標題十分誤導 (即使原作者曾用過類似的比喻)。
本篇研究旨在以光，「精細操控」各個部位的腦神經元，
(因為傳統手法，諸如微電極、藥物等皆無法成功同時達到即時且小區域，
甚至到個別細胞程度的精細控制)
並不是嘗試引入類似視網膜的系統到嗅覺迴路上。
本手法之介紹可參考下面這篇 review:
http://www.nature.com/nrn/journal/v8/n8/full/nrn2192.html
您好，標題完全是譯自哈佛大學的新聞稿：Smelling the light: 'What if we make the nose act like a retina?'
我想若誤導應該也是發訊息的單位有意為之？
看起來是這樣，所以我罵錯人了，
很抱歉造成編輯群的困擾，在此致上十二萬分的歉意 orz
我想還是建議讀者回頭去看原始報告，至少用詞比較不會如此誤導/浮誇。
To Wilson：
不會困擾啦，有人很認真的看網站我們很開心的喔！^_^b
有時候研究單位會用比較誇張的方式發新聞。可能是某種搏版面的策略吧！因此有人提出比較嚴謹的意見，對其他不是那麼瞭解該領域的讀者，也是有幫助的！（還請日後多來這裡玩~~）
CASE板僕 敬啟
Sacks的「錯把太太當成帽子的人」書中那位主角就是把聽覺當視覺用吧，所以只是感官問題，還是也有認知問題
我想在這邊或許是不太一樣的問題。
視網膜除了接受光線以外，尚還有進行初步的訊號處理，
(即 retina processing，http://courses.washington.edu/psych333/handouts/coursepack/ch13-Information_processing_in_retina.pdf)，
而後再將訊號透過視神經傳達到腦部負責處理視覺的相關區域。
(用很粗糙的比喻，有點像是自帶處理器的顯示卡，自行處理輸入訊號後，再把訊號丟給電腦的中央處理器)
但本研究頂多將對光敏感的離子通道，透過基因轉植特別表現在嗅覺神經細胞上，使這些神經細胞有感光功能。但是這項手續並沒有把初級的訊號處理給帶進去。
以電腦來說，像是把感光元件硬是接到電腦的其他迴路上，沒有自帶處理器，
所以這些迴路有感光器訊號輸入，然後研究者可以透過調整光線輸入，觀察這些迴路的運作模式。
至於老師談的 Sacks 提的例子比較像是腦中的聽覺跟視覺迴路干擾，
拿電腦的例子來說，像是音效卡跟顯示卡的迴路封裝不乾淨，訊號互相干擾的結果，跟感官 (訊號輸入端，即視網膜/毛細胞) 關係不大。
世軒，很高興知道神經研究已到了這麼精密的地步，分子生物層次的機理(mechanism)有人研究嗎?
我不太確定老師指的是哪件事的 molecular mechanism，是說 retinal processing，還是感官迴路干擾，或者是其他神經生物學更一般的問題呢?
因為我不是走神經生物學的人，所以下面的解讀可能不盡正確和完備。
(這篇文章是因為剛好本學期系上的書報討論有人選這篇，聽過還有些印象)
就 retinal processing 來說，
「哪些基因和活動影響感光訊號被處理的過程」來說，是有些成果，
(舉例: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20837674)
「視網膜上感光器跟神經細胞組成的迴路長什麼樣子，做了什麼處理」，也有些實驗證據跟分析模型:
(舉例: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18832034
還有: http://www.nature.com/nature/journal/v468/n7326/full/nature09570.html
第二篇引起了不少討論，雖然可能在工程學界早就為人所知，
可是加一點 noise 反而提高訊息傳遞的準確度，
就我的印象，對生物學界來說似乎是比較晚才引進的概念)
至於「這些細胞怎麼接在一起發育成迴路，它的分子調控機制長怎麼樣」，
我目前沒有找到很明確的答案，也沒聽說過有。
(視網膜上不同類的細胞怎麼分化形成的倒是有些，不過跟細胞怎麼接在一起是不太一樣的事:
http://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev.cellbio.042308.113259)
如果是感官迴路干擾，就現行理論認為，牽涉到如腦部迴路重組之類的問題，
有些相關的基因有被找出來，但是似乎目前為止沒有定論。
(例如: http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/364/1515/369.full
請看第三段 "Molecular pathways mediating plasticity")
當然以上問題都會遇到一個終極的一般性問題:
「神經細胞之間是根據什麼分子機制，決定接在一起形成突觸 (synapse) 的?」
「這些分子機制怎麼決定『空間上的定位』，在細胞表面『哪些區域』跟『哪些細胞』形成連結?」
這幾個問題極端重要，諸如感官或記憶形成皆跟這些問題脫不了關係。
神經生物學家們花了非常大量的人力與時間投入，是有些成果，
(例如: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20920787)
可是目前尚未有明確的定論就是，至少我和我老師還沒聽說。