受試者cDa29——眾所周知卻又匿名——居住在英格蘭北部某處。你幾乎可以看到它：泥炭堆和古老的紡織廠；石灰岩和草皮廢墟，在那裡，在神聖的召喚下，哈德良標誌著羅馬帝國最北端的邊界。但即使你在那裡，你也不會像cDa29那樣看到它。這是因為cDa29是四色視覺：當大多數人將他們的世界視為紅、綠、藍三種顏色的混合時，cDa29看到的是四種顏色。對於三色視覺的人來說，那個世界可能難以想象，但是你的嗅覺可以讓你進入一個更加豐富的世界，它不是用四種顏色來描繪，而是用 400 種顏色。你幾乎可以聞到它：泥炭、工廠、草皮。
你的感官是如何構建這些世界的？它們從感官“受體”開始，這些受體位於細胞表面，並被特定刺激啟用。就視覺而言，你的視網膜中有三種顏色感光受體——被紅光、綠光或藍光啟用。透過將這些受體分開——使得兩個感光受體不會在同一個細胞中同時出現——你的視網膜可以跟蹤顏色來自哪裡。作為一個反例，你的舌頭上有幾十個“苦味受體”，但每個苦味細胞都包含其中幾個。這種安排使你能夠檢測到許多不同的苦味化合物，但它無助於你區分它們。正如這些例子所說明的那樣，你必須能夠檢測到各種各樣的刺激，並且能夠在這些刺激之間進行區分——通常，你的感官在這兩個目標之間取得平衡。
你的嗅覺一直以來都是浪漫的，它拋開了平衡的建議，並針對檢測和區分進行了最佳化。你鼻子中的嗅覺神經元進化出約400 個氣味受體，並且每個神經元僅包含一個。受體被調整為檢測一些基本的氣味：一些檢測天竺葵花瓣或松針，而另一些則檢測腐爛的副產品。為了組織所有這些資訊，你的嗅覺神經元會連線到你大腦嗅球上的“嗅覺地圖”。嗅覺神經元是少數幾種在你的整個生命中都會誕生的神經元型別之一，並且你鼻子中每天新生的約 10,000 個這樣的神經元隨後會連線到你大腦中的嗅覺地圖。
關於支援科學新聞
如果你喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，你可以幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
令人難以置信的是，所有包含給定氣味受體的神經元都會連線到地圖上的相同位置，因此你嗅球的每一半都有 400 個不同的區域。給定氣味開啟的區域組合使其看起來獨一無二。這個事實可能就是為什麼氣味如此令人回味：那杯葡萄酒讓你想起剛開啟的一罐網球，因為罐子裡面的東西也存在於葡萄酒中。
儘管這張由 400 個區域組成的地圖對於建立我們的嗅覺至關重要，但它究竟是如何形成的仍然是個謎——這並不是因為缺乏嘗試。我們早就知道有幾個基因參與了地圖的構建。就像街機玩具起重機上的操縱桿一樣，當這些基因被啟用和解除啟用時，它們會幫助引導嗅覺神經元連線到它們珍貴的目標。但這並沒有回答 400 種類型的嗅覺神經元如何以 400 種不同的方式操作這些基因的問題——可靠地交付 400 個獎品。正如通常的情況一樣，答案就在我們眼皮底下：正是氣味受體本身引導了嗅覺地圖的構建。但它們不是透過聞氣味到達那裡的。
相反，根據最近在《科學》雜誌上發表的一項研究，是氣味受體沒有聞到的東西在引導它們。想象一下你被蒙上眼睛，手放在玩具起重機的操縱桿上，你的朋友正準備給你指示。當你等待時，你搖晃著腳或顫抖著，移動起重機。指示永遠不會到來，當你的時間用完時，起重機的爪子掉落，取回了一個毛絨桃子。然後你對你的朋友使用了同樣的技巧，只是他或她自己微小的顫抖模式將爪子移動到了其他地方，它取回了一個毛絨西瓜。驅動起重機的不是你們兩個聽到的東西；而是你們自己的內部噪聲。
似乎這就是氣味受體所採用的過程。透過對小鼠進行研究（小鼠具有 1,000 多個氣味受體），該研究的作者表明，每個受體在沒有氣味的情況下都會產生特定型別的電噪聲。這可能意味著在長時間停頓之間短時爆發；也可能意味著在特定的間隔中發射。然後，這些噪聲事件會精確地控制一組基因，這些基因會指導嗅覺神經元的生長，因為它會連線到嗅覺地圖。因為具有相同氣味受體的兩個神經元將經歷非常相似的噪聲，所以它們最終會連線到同一位置。並且因為你的 400 個受體都是不同的——即使只是略有不同——它們產生的噪聲也不同，導致它們連線到不同的位置。最終結果是一個 400 個位置的地圖，其功能類似於“巴別塔圖書館”的調香師管風琴。
這些發現為進一步的工作開闢了許多途徑。例如，我們不瞭解嘈雜的電活動如何如此精確地控制參與神經元連線的基因的活動。通過了解該過程，科學家們可能會學會利用它。例如，我們或許能夠使用某些型別的噪聲——例如與神經系統疾病或損傷相關的噪聲——來驅動生物標誌物的產生，甚至啟用修復途徑。這項工作也可能幫助我們瞭解嗅覺疾病的病因和進展。許多人認為他們的嗅覺是一種“輔助”或“休閒”感官，但是嗅覺缺陷很普遍——影響了 1% 到 2% 的北美洲人——並給健康和福祉帶來了嚴重的挑戰。最後，雖然我們從 19 世紀中期就知道人類可以看到和看不到什麼，但我們仍然不知道如何預測我們可以或不能聞到什麼。這一發現使我們離了解這一知識更近了一步。
完全瞭解我們的鼻子能夠檢測到什麼會讓我們失去氣味似乎帶來的樂趣和魔力嗎？不要指望它。將故事帶回英格蘭北部，讓氣味如此迷人的很大一部分原因是，雖然我們大多數人看到的世界看起來都一樣，但對於我們聞到的 400 色世界來說，這種情況很少見。儘管我們可能盡力相互傳達我們豐富的嗅覺世界，但就像維多利亞時代的調香師冷榨鮮花一樣，我們所能期望的最好的結果就是一種令人愉悅的提取物。