使不可见的可见是科学家们最喜欢的挑战之一。
类似海洋生物的图像是脑细胞的显微图像，可以理解其他不可见的气味，例如玫瑰的香气或臭鸡蛋的恶臭。优雅的红色和绿色条纹揭示了老鼠大脑嗅觉中心的细胞：它的嗅球。嗅球被组织成数百甚至数千个分离的簇，称为肾小球，每个肾小球以特定的方式对漂浮在空气中的数千种气味化学物质做出反应。上图显示了一个单一的肾小球，其中来自鼻子感觉细胞的信号携带突起(轴突)已经会聚。
每个肾小球都接收来自其自己的嗅觉神经元子集的信号，这些嗅觉神经元随机分布在动物的鼻子中，但都经过调整以以相同的方式检测气味。自 1990 年代以来，研究人员已经知道，这些嗅觉神经元亚群中的每一个都带有一个形状独特的受体蛋白(这要归功于基于随机基因的过程)，该蛋白会特异性地锁定在不同的气味分子上。
这就提出了一个神经科学的谜团：鼻子中每个随机定位的气味检测细胞如何能够将信号发送到嗅球内的一个特定肾小球?这一壮举类似于，比如说，50 名最初分散在城市中随机地点的朋友在没有最初地址的情况下前往同一个公寓。不知何故，他们天生就知道该去哪里。
嗅觉系统如何实现其布线精度的关键见解似乎已经掌握。在今天发表在《细胞》杂志上的一项研究中，祖克曼研究所首席研究员 Stavros Lomvardas 博士和医学博士。候选人 Hani Shayya 领导的一个团队梳理了他们怀疑是小鼠鼻子感觉细胞和大脑嗅球中的肾小球目标之间的中央组织过程。
他们发现的核心在于每个受体蛋白的形状，因为它在称为内质网(ER) 的细胞管状成分中呈现其独特的 3D 形式。每种蛋白质的形状都由其氨基酸成分的独特序列决定。
研究人员发现，这些氨基酸序列中的每一个都会对 ER 施加可测量程度的压力(想象将各种物体塞进袜子里)。以未知的方式，这些不同程度的内质网压力就像一个刻度盘设置。
每个设置都会触发一个基因导向的过程，通过这个过程，感觉细胞有效地将它们的轴突(通过“引导分子”的模式)引导到它们在嗅球内的目标肾小球。这样，具有相同形状受体蛋白的感觉细胞的每个子集最终将其轴突投射到相同的肾小球。如果没有这种受体-肾小球映射，玫瑰最终可能会闻起来像臭鸡蛋，反之亦然。
“这令人兴奋，”Lomvardas 博士说，他也是哥伦比亚瓦格洛斯内科医生和外科医生学院的神经科学、生物化学和分子生物物理学教授。“这个系统找到了一种方法来创建一种基因编码的硬连线方法，将随机选择的受体身份转换为嗅球中非常精确的目标。”
他指出，包括阿尔茨海默氏症和帕金森氏症在内的神经退行性疾病通常在疾病过程的早期就涉及嗅觉缺陷。他说，这表明早期发现嗅觉系统的高精度线路中断可能成为“临床上重要的”。
Shayya 指出了另一种诱人的可能性。也许，嗅觉神经元并不是唯一的 ER 压力组织它们与下游神经元连接的方式。“如果事实证明所有神经元都这样做，那么这一发现可以帮助我们更多地了解大脑，”Shayya 说。