摘要
动物能够在不同浓度范围内识别出相同的气味，并在复杂环境中区分各种气味。小鼠嗅球中的处理机制可能与此有关，但其具体原理仍不清楚。每种嗅觉受体神经元都会对应到嗅球中被称为球状的嗅觉受体特异性结构中，在那里它们与米氏细胞和簇状细胞的树突相连，而这些细胞的轴突则延伸至大脑的其他区域。通过对这一转化过程的建模，我们预测了两种抑制机制——局部球内抑制和侧向球间抑制——如何随着浓度变化影响米氏细胞的输出。我们通过在对清醒小鼠嗅球中处于相同球状结构中的嗅觉受体神经元及米氏细胞进行单色和双色双光子钙离子成像实验，验证了这些预测。实验结果显示，当浓度增加时，原本只有单调递增反应的嗅觉受体神经元输入，会转化为先递增后递减或相反变化的米氏细胞输出。这种转化具有气味特异性，这与兴奋性输入增加所导致的抑制程度上升相符，同时也符合某些嗅觉受体神经元的特性。因此，由于每个球状结构都受到前馈兴奋、局部抑制和侧向抑制的影响，米氏细胞中出现非单调的浓度-反应关系是常见且可以预期的。我们认为，这种转化有助于气味区分，以及通过扩展米氏细胞的气味状态空间来实现与浓度无关的气味感知。 
关键要点
- 嗅球在转换感官信息方面的作用至今仍不完全清楚。在嗅球中，不同类型的嗅觉受体神经元会对应到被称为球状的嗅觉受体特异性结构中，与米氏细胞和簇状细胞的树突相互作用，而后者的轴突则延伸至嗅觉皮层。
- 我们建立了一个数学模型，详细描述了随着气味浓度变化，不同嗅觉受体神经元输入如何通过球内抑制和侧向球间抑制发生转变。
- 通过对广泛浓度范围内的球状结构输入和输出进行单色和双色双光子钙离子成像实验，部分预测得到了验证。
- 随着气味浓度升高，原本只有单调递增反应的嗅觉受体神经元输入，会转化为先递增后递减或相反变化的米氏细胞输出。这种转化具有异质性、气味特异性，且可由某些嗅觉受体神经元的特性来预测。
- 这种网络层面的转化扩展了米氏细胞的气味状态空间，为实现与浓度无关的气味感知以及精确的气味区分提供了机制基础。
数据可用性说明
所有数据均可应《生理学杂志》及相关方的合理请求予以提供。
