嗅覺系統(tǒng)和嗅覺通路

1、嗅覺系統(tǒng)和嗅覺通路嗅覺系統(tǒng)和嗅覺通路安醫(yī)大神經(jīng)生物學研究所劉莉茵奇妙的嗅覺自古以來芳香物質(zhì)的神秘功效讓人著迷，祖國醫(yī)學有“芳香開竅”“芳香益腦”“芳香 ”等各種說法，西方醫(yī)學芳香物質(zhì)及芳香精油有“液體黃金”“皇室情人”的美譽。隨著現(xiàn)代科學的發(fā)展，這些神秘面紗逐漸展現(xiàn)在我們面前，就是芳香物質(zhì)可通過本能的嗅覺通路影響大腦的功能。芳香開竅與其改善學習記憶能力有關(guān)，芳香益腦與芳香醒腦提神有關(guān)，而芳香辟邪更是與其極其強大的抗菌抗病毒能力，防止傳染病有關(guān)。而隨著嗅覺通路秘密的揭示，更是讓我們能夠研究發(fā)揮作用的物質(zhì)發(fā)揮作用的物質(zhì)是什么？為為什么嗅覺通路會有如此強大的作用什么嗅覺通路會有如此強大的作用？ 奇妙

2、的嗅覺奇妙的嗅覺人類和動物所有感覺中，嗅覺是最神秘的領(lǐng)域，對嗅覺的研究也一直還處于探索階段，嗅覺是最古老、最原始的感覺，嗅覺中樞屬于神經(jīng)系統(tǒng)的古皮質(zhì)，有較高的保守性；從腦的進化和發(fā)育進程來看，嗅覺與生命活動中多種本能行為密切相關(guān)，如覓食、擇偶、躲避天敵、母嬰接觸、繁衍生殖、情感交流等，嗅覺與腦高級功能關(guān)系密切，嗅覺的記憶特別“持久、難忘”， 嗅覺可影響情緒。勞累后置身于花草叢或聞一些芳香的香氣可使記憶力、理解力、判斷力、決策力明顯增強，嗅覺是機體適應(yīng)紛繁復(fù)雜自然界的有力武器。嗅覺與神經(jīng)精神疾病的關(guān)系嗅覺與神經(jīng)精神疾病的關(guān)系嗅覺還和生存質(zhì)量及一些神經(jīng)精神疾病密切相關(guān)。如癲癇和嗅覺過敏經(jīng)常聯(lián)袂出現(xiàn)

3、，在癲癇發(fā)作之前常有幻嗅，某些氣味甚至會引發(fā)癲癇；臨床病例研究也表明神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病進展早期多伴隨有嗅覺的減退和缺失，如AD、PD、多系統(tǒng)萎縮癥、抑郁癥等。 靈敏的嗅覺人的鼻子不如豬和狗的靈敏靈敏的嗅覺1米長的鯊魚的嗅膜總面積可達4842平方厘米,因此鯊魚的嗅覺非常靈敏在幾公里之外它就能聞到血腥味,海中的動物一旦受傷,往往會受到鯊魚的襲擊而喪生。 沒有靈敏的嗅覺系統(tǒng)是危險且痛苦的。喪失嗅覺，所有的東西聞起來都是一個味，（無所謂香，也感覺不到臭）嗅覺喪失可帶來危險，如在失火的房間或是有毒化學品泄漏嗅覺系統(tǒng)1.嗅腦和邊緣系統(tǒng)2.嗅覺通路Nervoussystem 嗅球（olfactory bul

4、b）斑比盜龍（上）、普瑞斯比鳥（中）、石板鳥（下左）到鴿子（下右） 鳥類嗅球的演化鳥類嗅球的演化嗅球為一扁平卵圓形實體，位于篩板上方、額葉眶面下方，是嗅神經(jīng)纖維的終核，屬端腦皮質(zhì)。新西蘭Auckland大學Maurice A. Curtis和其同事研究了成年人嗅球中的神經(jīng)生成，發(fā)現(xiàn)成年人的大腦能產(chǎn)生新的神經(jīng)元。他們發(fā)現(xiàn)了人前腦中的喙側(cè)神經(jīng)干細胞遷移流，觀察到該流分布在一個到達嗅球的側(cè)腦室延伸的附近。 Human Neuroblasts Migrate to the Olfactory Bulb via a Lateral Ventricular Extension 嗅小球（olfactory

5、glomeruli）：由簇細胞、僧帽細胞 的尖樹突與嗅神經(jīng)末端粉質(zhì)緊密環(huán)抱組成的絲球。呈卵圓形，由神經(jīng)膠質(zhì)細胞包裹。是嗅覺傳入沖動的整合部位。嗅束（olfactory tract）位于嗅球的后方，沿額葉眶面的嗅溝向后行，近前穿質(zhì)處變扁平，展開成平滑的嗅三角嗅三角。嗅三角向后分內(nèi)外側(cè)嗅紋內(nèi)外側(cè)嗅紋，兩側(cè)嗅紋分叉處的三角區(qū)即前穿質(zhì)。嗅結(jié)節(jié)嗅結(jié)節(jié)：是一個相當神秘的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)功能尚未十分清楚，一般認為它是梨形葉的一部分，因而是嗅皮質(zhì)的組成部分。在嗅覺敏銳的動物，如大鼠，嗅結(jié)節(jié)是一個腦底相當明顯的隆起。在嗅覺遲鈍的靈長類，只有嗅結(jié)節(jié)前外側(cè)的小部分接受嗅球的直接投射，分層結(jié)構(gòu)也不清楚。 CPP，與PD有關(guān)

6、。嗅腦亦稱嗅區(qū)（nasal field，olfactory field）為大腦下方嗅神經(jīng)通入的部分，是大腦皮質(zhì)最早形成的地方，屬于舊皮質(zhì)。在兩棲類、爬行類從腦表面可以看見，但隨著動物向高等進化有被其他皮質(zhì)覆蓋的傾向。 邊緣葉（limbic lobe）邊緣葉的頭端緊靠嗅球，并與嗅覺有非常重要的關(guān)系，而被稱為嗅腦 。是指大腦半球內(nèi)側(cè)面，與腦干連接部和胼胝體旁的環(huán)周結(jié)構(gòu)；它由扣帶回、海馬回、海馬和齒狀回組成。邊緣系統(tǒng)（limbic system）是指高等脊椎動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中由古皮層、舊皮層演化成的大腦組織以及和這些組織有密切聯(lián)系的神經(jīng)結(jié)構(gòu)和核團的總稱 。 邊緣系統(tǒng)所包括的大腦部位相當廣泛 ，如梨狀

7、皮層、內(nèi)嗅區(qū)、眶回、扣帶回、胼胝體下回、海馬回、腦島、顳極、杏仁核群、隔區(qū)、視前區(qū)、下丘腦、海馬以及乳頭體都屬于邊緣系統(tǒng)。 海馬結(jié)構(gòu)（hippocampus ）幫助人類處理長期學習與記憶聲光、味覺等事件的大腦區(qū)域，發(fā)揮所謂的“敘述性記憶（declarative memory）”功能。在醫(yī)學上，“海馬區(qū)”是大腦皮質(zhì)的一個內(nèi)褶區(qū)，在“側(cè)腦室”底部繞“脈絡(luò)膜裂”形成一弓形隆起，它由兩個扇形部分所組成，有時將兩 者合稱海馬結(jié)構(gòu)。 依據(jù)細胞形態(tài)及皮質(zhì)發(fā)育的差異，海馬被分為CA1、CA2、CA3及、 CA4，4個扇形區(qū)。它們屬于古皮質(zhì)，有分子層、錐形細胞層（海馬）及顆粒細胞層（齒狀回）三層。海馬結(jié)構(gòu)參與海

8、馬回路的構(gòu)成，該環(huán)路與情感，學習和記憶等 高級神經(jīng)活動有關(guān)。 海馬結(jié)構(gòu)接受多途徑的傳入信息，其傳入纖維主要來自內(nèi)嗅區(qū)、梨狀區(qū)和杏仁復(fù)合核，其次是來自隔區(qū)、藍斑、縫隙背核、上中央核和小腦頂核。海馬有兩個主要的傳出通路，即CA3 區(qū)神經(jīng)元軸突通過海馬傘或海馬穹隆到達邊緣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，CA1區(qū)神經(jīng)元軸突通過海馬穹隆和海馬槽到達其他皮層區(qū)，同時兩側(cè)海馬通過前后海馬連合而相互聯(lián)系。海馬的傳出纖維實際上可通過丘腦、下丘腦、中隔和其他邊緣皮層區(qū)的中繼核而投射到整個大腦皮層。海馬海馬乳乳頭頭體體扣扣帶帶回回隔隔核核視視前前區(qū)區(qū)下下丘丘腦腦外外側(cè)側(cè)區(qū)區(qū)丘丘腦腦前前核核在海馬腦薄片上發(fā)現(xiàn)存在三突觸回路，組成三突觸回路

9、的突觸結(jié)構(gòu)具有高度的可塑性，它們能夠按通過該回路的動作電位性質(zhì)而改變突觸連接的增益或強度。高頻動作電位放電活動（8100Hz ）可引起突觸強度的持久增加，這一效應(yīng)稱長時程增強（LTP），而低頻活動（0.13Hz）則引起突觸強度的持久降低，即長時程抑制（LTD）。這種長時程（數(shù)小時數(shù)天）改變突觸強度的特性被認為是海馬突觸可塑性的表現(xiàn)，也是學習與記憶的基礎(chǔ)。杏仁復(fù)合體（amygdaloid complex）呈杏仁狀，是基底核的一部分，位于側(cè)腦室下角前端的上方，海馬旁回溝的深面，與尾狀核的末端相連 。是邊緣系統(tǒng)的皮質(zhì)下 中樞，有調(diào)節(jié)內(nèi)臟活 動和產(chǎn)生情緒的功能 。 邊緣系統(tǒng)的主要部分環(huán)繞大腦兩半球內(nèi)側(cè)

10、形成一個閉合的環(huán)，故此得名。邊緣系統(tǒng)內(nèi)部互相連接與神經(jīng)系統(tǒng)其他部分也有廣泛的聯(lián)系。它參與感覺、內(nèi)臟活動的調(diào)節(jié)并與情緒、行為、學習和記憶等心理活動密切相關(guān)。 邊緣系統(tǒng)的功能主要有：邊緣系統(tǒng)與內(nèi)臟活動。邊緣系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)內(nèi)臟活動的功能。 如刺激哺乳動物邊緣系統(tǒng)環(huán)路的后眶回、扣帶回、島葉、顳極梨狀皮層、后海馬皮層等部都可以出現(xiàn)呼吸、心血管和其他內(nèi)臟活動的變化。邊緣系統(tǒng)的許多部位，還接受內(nèi)臟神經(jīng)傳入的沖動。在正常情況下，這種傳入沖動對于邊緣系統(tǒng)調(diào)節(jié)內(nèi)臟活動具有重要意義。邊緣系統(tǒng)內(nèi)的一些神經(jīng)元，本身就是敏感的感受器。這些感受裝置對于調(diào)節(jié)動物的體溫、消化液的分泌以及進食活動都有作用。邊緣系統(tǒng)與感覺功能。電刺

11、激外周神經(jīng)，可以引起邊緣系統(tǒng)相應(yīng)部位電活動變化。高等哺乳動物邊緣系統(tǒng)許多部位都接受外周及內(nèi)臟的傳入沖動。這些傳入沖動可能對海馬結(jié)構(gòu)等邊緣系統(tǒng)部分的神經(jīng)元產(chǎn)生調(diào)制性影響，從而影響情緒變化和學習與記憶功能。刺激邊緣系統(tǒng)某些部位可以影響痛閾，甚至可以阻斷感覺信息在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的傳遞。邊緣系統(tǒng)與情緒。在整個邊緣系統(tǒng)中，下丘腦有些部位的活動與情緒反應(yīng)關(guān)系較為密切。在情緒發(fā)生的過程中，下丘腦的活動具有重要意義，但必須有大腦皮層參與。邊緣系統(tǒng)與睡眠。邊緣系統(tǒng)中的后眶回、副嗅皮層、視前區(qū)以及下丘腦前部統(tǒng)稱基底前腦區(qū)。很早就發(fā)現(xiàn)當使用電流刺激這一區(qū)域時，動物出現(xiàn)睡眠反應(yīng)。如果損毀基底前腦區(qū)，會導致睡眠失調(diào)。嗅

12、覺通路2004年度諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲獎?wù)撸绹茖W家Axel和Buck開拓性的工作闡明了人類嗅覺系統(tǒng)的工作方式。理查德阿克塞爾，1946年7月2日生于美國紐約。1967年在美國哥倫比亞大學獲得學士學位，1970年取得美國約翰斯霍普金斯大學醫(yī)學博士學位，現(xiàn)就職于美國哥倫比亞大學霍華德休斯醫(yī)學研究所，任生物化學、分子生物物理學和病理學教授。 其研究發(fā)現(xiàn)：在鼻腔上部嗅覺區(qū)域，分布著一個以前不為人知的基因家族，由約1000種不同的基因組成。它們相應(yīng)地產(chǎn)生了1000種不同類型的嗅覺受體（olfactory receptors, ORs）,每種刺激物或單一嗅質(zhì)（odorant)均對應(yīng)一種特異組合的“感

13、受器編碼”。不同物質(zhì)因含有的不同氣味能刺激多個不同ORs的活動而表現(xiàn)出特異性，如這1000個ORs的不同排列組合，使我們能覺察到的氣味總數(shù)大得驚人。 不同氣味的編碼識別模式(引自Axel)脊椎動物的嗅覺感受器通常位于鼻腔內(nèi)由支持細胞、嗅細胞和基細胞組成的嗅上皮中。在嗅上皮中，嗅覺細胞的軸突形成嗅神經(jīng)。嗅束膨大呈球狀，位于每側(cè)腦半球額葉的下面；嗅神經(jīng)進入嗅球。嗅球和端腦是嗅覺中樞。 嗅細胞是鼻腔的嗅區(qū)粘膜的一種特殊的感覺性上皮細胞。嗅細胞為棱形雙極細胞，每個細胞表面為細長的嗅毛，突出于嗅區(qū)粘膜上皮細胞表面，而細胞的另一端為中央突，常匯成多數(shù)細微的嗅絲，組成嗅神經(jīng)通向顱內(nèi)。這些細胞的特殊結(jié)構(gòu)，是嗅覺功能的重要組成部分。 近年的研究發(fā)現(xiàn)人類大約有1000多種氣味受體基因，占人類基因組的35。而氣味受體有347種，這是因為有60是無功能的假基因。小鼠有大約1500種氣味受體基因，編碼大概相同多的或少一些的氣味受體。這些基因占小鼠基因組的35，大概有20左右的假基因。由此可見，小鼠的氣味受體比人類的要 多，這可以解釋為什么小鼠 的嗅覺比人類靈敏。嗅覺比視覺記憶更嗅覺比視覺記憶更長久，視覺記憶在長久，視覺記憶在幾天甚至幾小時內(nèi)幾天甚至幾小時內(nèi)就可能淡化，而產(chǎn)就可能淡化，而產(chǎn)生的嗅覺卻能令人生的嗅覺卻能令人