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探秘嗅觉的奇幻世界
晨昏光楔   
得票 206 阅读 963 评论 23
先看评语
· 本文表达顺畅、语句优美,但标题立意缺乏新颖,专业名词及专业理论过多,读者不易理解。 · 文章以石楠花的气味为切入点,解释嗅觉和气味产生的原理,比较巧妙,将一个比较大的话题有效的缩小了。 文章通俗易懂,读起来也比较顺畅,对于读者来说还是比较友好的。 文中对于嗅觉的原理解释的也比较清楚,遗憾的是缺少一些较为直观的插图,有些地方对于读者来说难以准确的想象。 另外,关于嗅觉的原理讨论实在是一个不够新的话题了,在这一点上要打一些折扣。 · 文章以石楠花为例,介绍了嗅觉的奇妙世界,优点有很多,比如案例较为新颖,语言表述较为艺术,有一定的创新性……然而,也存在一些瑕疵,希望进一步完善: 例1:“嗅小球”的作用是将相同的气味信息聚集起来,而僧帽状细胞则是连接“嗅小球”和大脑的高速公路,它很快便将包含石楠花气味的不同信息通过长长的神经突触传递到大脑皮质的相关区域。 这一段出现了较多的专有名词,对于文章的易读性会有一定的损失,尤其是之前尚未接触过相关名词的人,会造成阅读的难度。 例2:美国贝茨学院的杰森·卡斯特罗教授便借鉴了这种思路,利用数学方法锁定了10种基本气味:……每种气味都对应着一组气味分子,是不是看起来非常生动呢? 这里引用了杰森·卡斯特罗教授的个人观点,锁定十种基本气味,在介绍过气味之后,作者说“是不是看起来非常生动呢?”我并不清楚其中的逻辑关系,希望进一步阐明。

【摘要】嗅觉机制,一直以来是科学家们所致力于探索的未知领域。嗅觉由于其与人类主观认知的密切相关性,被认为是涉及到神经科学、分子生物学、心理学等诸多学科的黑匣子。随着数学方法和大数据的介入,我们也在一步步探秘嗅觉的奇幻世界,虽然有许多未知,但我们正在知晓。

江湖上流传着这样的传说:每当阳春三月,草长莺飞,一幅生机盎然繁茂之景时,你总会与一种嗅觉冲击大于视觉冲击的植物狭路相逢,带给你“多灾多楠”的体验。当你漫步于街道上,每一隅都自成景致,你不禁调动起所有感官,全方位感受着自然的气息。清风拂面,视线中映入一抹清新的绿意,你准备好细嗅花香,可随之而来的却是一股……难以描述的气息。这种杀伤力极大的植物,行不更名坐不改姓,江湖人称——石楠花。

当风儿裹挟着石楠花的气息,没有一点点防备地闯入你的世界,你是否思考过这样的问题,我们到底是如何感知到这种气味的呢?

今天,就让我们一起来探秘嗅觉的神秘世界吧!  

首先,我们先以石楠花为例,一窥人体嗅觉机制的样貌。

当四月悸动的风吹过,裹挟着石楠花的气味分子便会随之运动到你的鼻腔中。

什么是气味分子呢?简而言之就是石楠花的一些有挥发性的化学成分,我们知道,有机生命体本质上都是由各种各样的化学物质组成的, 它们有着各种千奇百怪令人分不清的名称和结构,而各种生理过程其实也和这些化学物质的反应密切相关。

让我们放大看看你的鼻腔,在你的鼻腔中分布着约400种不同的嗅觉受体。当石楠花中的一些化学成分运动到你的鼻腔中时,便会与嗅觉受体细胞上的受体分子相结合,产生刺激。

这一段话是不是让你有点云里雾里呢?不用担心,科学家们对这个看似简单的过程也有着很多不同的见解呢,甚至还搬出了常人难以理解的量子力学理论来解释。不过从简单的概念上来说的话,你可以把气味分子想象成钥匙,把嗅觉受体想象成锁。当然,这种比喻并不严谨,因为结合过程中“钥匙”和“锁”并不是刚性的,而是会互相诱导和改变的,但大体上可以这样理解。钥匙和锁都有着不同的形状且相互对应,就像你家的钥匙不可能打开别人家的锁一样,一种化学物质只能对应一种嗅觉受体,受体所对应的化学物质也是有限的。为了使得产生的感觉不会错乱,在这个嗅觉机制中必须严格坚守“特异性原则”,因此,一环扣一环的过程中有许多的“一对一”,否则今天闻到石楠花可能是腥味,明天闻到可能就是花香味了。

我们知道,感觉是在脑中形成的,仅靠外界的化学物质和鼻腔来感受并不能产生感觉,因此,当石楠花的气味分子进入鼻腔之后,你的神经系统需要把这个信息告诉你的大脑。

现在不同受体已经接受到了来自石楠花的不同化学成分的信息,接下来要做的便是将这种信息传达给大脑。这个过程中仍然奉行“一对一”,一种化学物质对应一种受体,一种受体包含在一种嗅觉受体细胞中,一种受体细胞只与一个叫“嗅小球”的结构联系,而一个“嗅小球”只激活一个叫做僧帽细胞的神经细胞。“嗅小球”的作用是将相同的气味信息聚集起来,而僧帽状细胞则是连接“嗅小球”和大脑的高速公路,它很快便将包含石楠花气味的不同信息通过长长的神经突触传递到大脑皮质的相关区域。

而在大脑皮质中,会进行非常神奇的一步。我们之前提到,石楠花中不同的化学成分会与不同的嗅觉受体相结合,也就是说,在信息到达大脑之前,它们是被拆解的石楠花气味,而我们的大脑皮质便会将这些来自几种类型的气味受体信息整合成一种气味类型特征,从而令我们感受到了石楠的尴尬气味。

因此,我们的嗅觉系统实际上做的事情便是将无数化学物质转译成不同的嗅觉感知。嗅觉实际上是大脑的一种整合,每种气味分子就好像一小块积木,大脑把它们搭建起来,形成的建筑才是你所最终感受到的嗅觉,气味世界本质上是一个由少数基本气味组织而成的井然有序变化多端的结构。因此,不同的气味分子混合后可能会产生新的气味,也可能相互替代或掩盖,还可能中和抵消不引起嗅觉。这样算来,人类鼻腔中的约400种嗅觉受体可以组合成大约上万种气味模式,足以让我们感知到这个世界的很多气息啦~

以为自己很强了嘛?其实并不,和其他动物相比,人类的嗅觉实在是有点弱:像我们的二师兄,其鼻腔内的嗅粘膜有着广阔的绒毛面积并分布着密集的嗅神经,猪脑里负责嗅觉的脑区大小约等于负责视觉和味觉的两个脑区面积之和,因此猪的嗅觉是非常强的,据说一头合格的公猪可以靠嗅觉感知到两千米以外的发情母猪;而鼻子又大又长的大象具有五倍于人类的嗅觉基因,对于我们来说无法分辨的气味分子,大象可以闻出细微的差别,世界对于大象来说应该是百味交集吧;一种叫做皇蛾的厉害小虫虫,可以靠嗅觉找到远在10.94公里外未交配过的雌性同类,唔想象一下如果10.94公里外的石楠花气息还能被清晰地闻到......突然默默庆幸自己只有400种嗅觉受体。

因为气味分子最终是在中枢得到破译的,当我们长期闻一种味道的时候,嗅觉中枢会以某种机制产生适应性,然后我们对这种味道的感知力便会下降,这就是为什么古人云“入芝兰之室,久而不闻其香;入鲍鱼之肆,久而不闻其臭”,所以下次遇到石楠花,不妨试试心有猛虎细嗅石楠,以毒攻毒也许有奇效噢!      

只是开个玩笑,接下来让我们再回到严肃的科普。说到这里,你的心里可能还有一个疑问,既然前面说到了气味分子,那么同样的东西在不同的人闻起来也应该是一样的呀?为什么你和你的朋友对于食物的气味总有着不同的见解呢?就算是石楠花的味道,有人说像生的荠菜馅饺子,有人说像海鲜的腥味,还有人形容它是充满生命力的味道。为何同样的石楠花气味,在不同人脑海中却是有不同的认知呢?为什么有的人觉得这股味道完全无法忍受,有的人却觉得没什么特别的地方呢?

这是因为啊,人的嗅觉,本就是非常主观的东西,这种主观性使得它非常难以被理解。

不仅对于普通人,对于科学家来说亦是如此。和其他感觉相比,嗅觉简直就是令人迷失方向的汪洋大海。谈到视觉时,我们说红色,红色在物理上是拥有某种波长的光,是明确的公认的存在,对于视觉正常的人而言,大家都可以对红色有统一的认知;谈到味觉时,我们已经达成比较普遍的认知,味觉大抵包括“酸甜苦辣鲜”,大家也都听说过辣不是味觉的说法,虽然不同人的口味有咸淡之分,但你总可以用这些词汇来描述你的食物;而对于听觉,亦有不同的声波频次、音符音调响度等概念来勾勒听觉世界的轮廓。可是嗅觉呢?除了香和臭这种带有浓烈主观色彩的词汇以外,你不知道该怎样描述。

因此,我们刚才提到嗅觉世界就像搭建积木,那能否找到每一块积木就是至关重要的问题。能否找到嗅觉世界的基本构成元素,而且这些元素不仅仅是一种感知,同时也是客观事实,这是探秘嗅觉世界的关键所在。

为什么其他感觉的描述都比较简单,但寻找嗅觉的基本构成元素却如此艰难,漫无目的呢?这是因为,我们刚才已经探秘了嗅觉的机制,在形成嗅觉的机制中,存在着许多变数和人际差异。鼻腔中捕获气味分子的嗅觉感受器的种类和数目是基因决定的,但人与人之间的基因都大不相同。而且嗅觉对气味分子信息的整合涉及了非常复杂的大脑活动,还包括情感和认知的因素,这使得嗅觉变成了混沌的汪洋大海。

虽然很难,但科学家们对嗅觉世界的探知从未止息,思路也是非常灵活,既然不知道怎么直接定义气味,那我们可以描述气味啊!因此出现了“气味”和“气味物”的概念,气味物指的是我们闻到的物质是什么,而“气味”则指我们的感知体验,用气味物就可以描述不同的气味。

美国贝茨学院的杰森·卡斯特罗教授便借鉴了这种思路,利用数学方法锁定了10种基本气味:腐臭味(食物等变质腐败的臭味和洋葱、大蒜味)、甜香(巧克力、香草等)、薄荷香(清凉的感觉)、恶臭味(下水道气味等)、木香(木头、树脂味)、芳香(香水、花香等)、果香(除了柑橘外其他水果的味道,例如草莓香蕉等清淡的水果香)、化学味(汽油、酒精、油漆、消毒剂等)、爆米花香(爆米花、花生酱、坚果味等)、柠檬香(柠檬、柑橘属水果等)。每种气味都对应着一组气味分子,是不是看起来非常生动呢?

近年来,还有一家位于硅谷的公司研发了一种能够“将香气数字化”的传感器,这种生物芯片可以将生化信号以数字读数输出,并且储存起来,比如你闻到的红酒味和咖啡味。就如同录制视频和音频一样,你可以录制自己的嗅觉并且建立嗅觉数据库,根据这些数据也许可以私人订制符合个人喜好的香水产品,想想是不是很美好呢?

同时,近年来非常热门的智能终端概念也将嗅觉探测作为了一个发展方向,正在研发中的嗅觉感测器旨在分析人们呼出的气体成分,这为远程医疗提供了技术支持,在家中呼一口气,系统就可以将数据传输到医疗平台中,从而对你的健康状况作出评估并设计针对性的治疗方案。同时,嗅觉感测器还可以监测环境中的微生物含量和都市环境空气污染情况,在强调污染治理的今天亦有着广泛应用前景。      

综上所述,虽然嗅觉机制对于我们而言还是个需要进一步探知的黑匣子,但我们正在不断前行,并将研究结论转化为科技成果,为生活提供便利。其实生命本身也是这样一个黑匣子,如同我们穿越到过去,将电脑留在那个时代,古人通过一定的摸索可能也可以操作电脑实现一些功能,但他们却很难知道电脑内部是怎样运行的,电脑对于他们便是一个难以理解的黑匣子。我们如今已经走了很远,对生命,我们的医疗技术已经能够干预很多,但很难说我们对于生命的黑匣子有多少理解,这条路,还很长,还需要我们的好奇心和探索精神,需要我们的共同努力。

-完-
科普作品
探秘嗅觉的奇幻世界
晨昏光楔

学校:复旦大学

学历:本科

专业:临床医学

职业:学生

评委点评 评语汇总

本文表达顺畅、语句优美,但标题立意缺乏新颖,专业名词及专业理论过多,读者不易理解。

2018-08-09 14:47 匿名 ——

文章以石楠花的气味为切入点,解释嗅觉和气味产生的原理,比较巧妙,将一个比较大的话题有效的缩小了。 文章通俗易懂,读起来也比较顺畅,对于读者来说还是比较友好的。 文中对于嗅觉的原理解释的也比较清楚,遗憾的是缺少一些较为直观的插图,有些地方对于读者来说难以准确的想象。 另外,关于嗅觉的原理讨论实在是一个不够新的话题了,在这一点上要打一些折扣。

2018-07-28 10:20 匿名 ——

文章以石楠花为例,介绍了嗅觉的奇妙世界,优点有很多,比如案例较为新颖,语言表述较为艺术,有一定的创新性……然而,也存在一些瑕疵,希望进一步完善: 例1:“嗅小球”的作用是将相同的气味信息聚集起来,而僧帽状细胞则是连接“嗅小球”和大脑的高速公路,它很快便将包含石楠花气味的不同信息通过长长的神经突触传递到大脑皮质的相关区域。 这一段出现了较多的专有名词,对于文章的易读性会有一定的损失,尤其是之前尚未接触过相关名词的人,会造成阅读的难度。 例2:美国贝茨学院的杰森·卡斯特罗教授便借鉴了这种思路,利用数学方法锁定了10种基本气味:……每种气味都对应着一组气味分子,是不是看起来非常生动呢? 这里引用了杰森·卡斯特罗教授的个人观点,锁定十种基本气味,在介绍过气味之后,作者说“是不是看起来非常生动呢?”我并不清楚其中的逻辑关系,希望进一步阐明。

2018-07-24 14:34 吴一波 ——

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