文摘
单侧鼻孔闭塞一直选择的方法影响嗅觉的刺激剥夺研究可塑性。一个重要文献证明了无数的后果这操作侧嗅觉通路。早期的实验强调鼻孔闭塞的有害和age-critical效果。最近的研究都集中在终身脆弱,特别是在神经发生,补偿反应不足。尽管大量的经验数据,理论框架来理解许多后遗症的鼻孔闭塞嗅觉一直难以捉摸。本文关注近期的数据,新理论,被低估了警告相关研究中使用这种技术嗅觉可塑性。
1。介绍
思想的影响有关剥夺和浓缩在人际关系的质量可以总结为以下格言:关于剥夺据说”没有使两颗心靠得更近,“情绪已经表示至少自罗马时代;关于丰富,乔叟告诉我们,“熟生蔑,”也许玩世不恭但共振对人性的看法。启蒙思想家也敏锐地感兴趣的影响不足和enrichment-not里面有思想的器官。1688年爱尔兰政治家和科学家威廉·莫利纽克斯提出了一个问题,在一封给约翰·洛克,后来被称为“莫利纽克斯的问题,”关于视觉感知经验的作用,为随后的三个世纪占领哲学家和科学家(1]。之后,查尔斯·达尔文认为剥夺和浓缩的遗传影响神经系统。他的结论是在他1868年的作品《动物和植物的变化在驯化,后观察小脑壳在家养兔子与同类野生动物相比,“我们因此看到最重要和复杂的器官在整个组织的法律减少大小从停止使用2]。“但它是神经解剖学家,精神病学家,伯纳德·冯·Gudden工作的同时达尔文,谁应该归功于开创性的神经生物学研究感官操纵在大脑发育3]。在他的其他创新,Gudden发达单方面剥夺模型。杰出的在它的简单性,这种模式提供一个受试的比较不同数量的感官刺激大脑发育。休博尔之前一个世纪,威塞尔赢得1981年的诺贝尔奖,在某种程度上,对学业的影响单方面剥夺眼睑缝合在视觉皮层,Gudden已经发明了方法和描述它对视觉系统的影响在他的专著18704,5]。在他还描述了同样的一系列研究,首次单方面鼻孔阻塞的影响(UNO)嗅觉系统,本文的主题。Gudden证实阻塞引起的新生儿兔子一个鼻孔嗅球的大小明显下降(图6周后在同一边1)。虽然UNO的历史研究既不是一样膨胀,也不哗众取宠的单边眼睑缝合技术,然而,形成支柱的嗅觉神经可塑性研究和仍在积极使用超过四代后发明。1994年Brunjes提供一个优秀的文献之回顾,到那个时候,UNO在嗅觉系统的影响6]。因此,在简要讨论的嗅觉和UNO现象学,当前纸将关注最近的发现,旧文学的新解释,剩余的问题。
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2。基本的现象学
哺乳动物嗅觉系统包括一个嗅觉粘膜,隐藏在dorsocaudal鼻腔的一部分,从中嗅感觉神经元轴突(OSNs)项目的嗅觉灯泡,吻侧端脑的扩展。灯泡,OSNs和输出神经元形成突触,二尖瓣和成簇状的细胞,神经纤维网结构称为肾小球。最大的嗅觉受体已知的哺乳动物基因家族编码(或)蛋白质,给定OSN表达但之一~1000个基因的老鼠([9];图2)。所有OSNs表达一个给定的或整个鼻腔收敛到只有几个小球,通常在每个灯泡内侧和外侧。气味信息到达的灯泡OSNs由高度层流和处理复杂的直接和间接通路出现在这个研究结构(9]。球旁细胞,正如它们的名字所暗示的,是肾小球电路和颗粒细胞的一部分驻留更深层次是关键抑制性中间神经元的灯泡和我们的故事尤为重要。二尖瓣和簇细胞嗅觉信息传播给一群中央目标统称为初级嗅觉皮层包括副嗅核、梨状皮质、内嗅皮层和杏仁核。正是在这些中央区域的气味是鉴于其适当的知觉和情感品质(9]。下面将简要讨论考虑的主要发育影响UNO在每三层的嗅觉系统从灯泡因为这个结构受到了最多的关注。
2.1。嗅球
Gudden的主要发现UNO在新生儿执行导致同侧嗅球无法达到正常成人大小中多次复制许多不同的物种(例如,10- - - - - -13];参见图1)。Gudden等现代调查人员逻辑假定UNO的影响是由于气味剥夺阻挡鼻窝,不过,我们将看到,这种假设只有很少测试嗅觉通过其他方式不足的困难。的减少身体的同侧的嗅球UNO是由于后,在一定程度上,减少外部丛状的和肾小球层(14]。的确,肾小球的大小,判断转基因P2-receptor记者老鼠,是闭塞的小灯泡相比,早期产后闭塞的nonoccluded灯泡在数周内(15- - - - - -17]。然而,最具戏剧性的下降后UNO在身体的同侧的灯泡,到目前为止,在颗粒细胞层([14];图1)。
早期的研究利用氚化胸苷和最近的研究使用溴脱氧尿苷建立的颗粒细胞层的体积occluded-side灯泡主要是由于没有神经发生减少细胞存活率降低18,19]。相比这些解剖UNO的后遗症,这周检测,可以很快速的代谢影响。在occluded-side嗅球减少2-deoxyglucose吸收和克雷布斯循环酶免疫化学UNO[后明显在几天内20.,21]。蛋白质合成也迅速下降,以放射性标记的氨基酸吸收,和基因表达的变化,作为衡量原位杂化,已报告([6,22];见下面)。
关于灯泡神经化学、早期观察酪氨酸羟化酶,多巴胺合成的速率限制步骤,显著降低了身体的同侧的灯泡在几天内的鼻孔闭塞,可以抵消影响,重新开放的鼻孔实验动物(23- - - - - -25]。酪氨酸羟化酶和多巴胺含量的球旁细胞,主要的多巴胺能神经元的灯泡,减少身体的同侧的毕竟以下:UNO,嗅觉神经轴索显微外科术,或化学损伤的嗅觉粘膜24,26,27]。UNO的差别会导致对这些和肾上腺素能受体(28),但可能会对去甲肾上腺素受体(没有影响29日]。谷氨酸受体,作为一个家庭,不知道影响UNO但GluR1-positive short-axon细胞的减少身体的同侧的外网状层(30.]。
神经营养因子、神经调质和受体的灯泡受到UNO的影响。神经生长因子受体增加阻挡一侧19和新生儿阻塞大鼠后60天31日]。脑源性神经营养因子最初增加然后减少侧闭塞(32]。胰岛素受体激酶表达下调是闭塞的一侧;有趣,因为这种受体及其配体与离子通道调制是脑源性神经营养因子(33- - - - - -35]。增殖蛋白激酶/细胞外signal-regulated激酶(MAPK / ERK)通路,一个关键的信号级联放大的一部分,也是表达下调侧闭塞(36]。
一些已经被注意的生理或电路影响UNO灯泡。在老鼠,三周的闭塞,出生后的第二天开始,导致增强抑制二尖瓣/簇绒(M / T)细胞paired-pulse刺激外侧嗅束(37,38)的影响,这似乎是NMDA受体介导的(39]。在成年大鼠,无论是短期(1 - 2个月)或长期(12个月)UNO的M / T细胞比例增加身体的同侧的灯泡,应对多种气味表明减少歧视(40]。甚至在年轻老鼠15分钟的鼻孔闭塞引起的M / T响应解耦呼吸(41]。在最近的一项研究中,早期UNO减缓侧僧帽细胞的形态发展和检查膜电导的变化和耦合系数的正常成熟转变从电气化学突触的灯泡42]。尽管这些结果,电生理学的研究,在大多数情况下,未能显示同侧灯泡的电路特性的差异后UNO相称的深刻的结构性变化回顾之前(43]。
2.2。粘膜
UNO的影响的研究,在视觉和听觉剥夺的情况,往往集中在中央的影响,相对还不知道这种外围这个过程带来的变化。新陈代谢,以琥珀酸脱氢酶组织化学,显著地减少了新生大鼠侧粘膜的两天内闭塞的44]。老鼠,老鼠,兔子,UNO导致大幅减少呼吸和嗅觉粘膜的厚度同侧的([10,45,46];参见图1)。河鼠早期UNO引起嗅觉上皮有丝分裂率下降(45,47),是一种能够逆转在几天内通过重新关闭鼻孔(48]。尽管粘膜厚度的不同,成熟的嗅感觉神经元的数量显然是影响鼻孔闭塞的老鼠和老鼠([10,45),但看到15,49)虽然似乎是兔子,减少不一致被归因于缺乏鼻咽癌运河在后者的物种6,46]。最近,组织学研究大鼠咬合的单方面从出生到附近的60天的年龄报道同侧和对侧的重组组织类型的粘膜和控制相比,最明显的是扩大嗅觉粘膜闭塞的一边(50]。在这个紧要关头,鼻甲形状和定位在三个——前不久闹老鼠,经历了UNO在出生后的第二天,也是影响,occluded-side鼻甲承担罚款filigree-like外观,尤其是喙的,比他们的更健壮的伙伴在开放方面(51]。最后,一个快速增长的研究暗示OSN活动在轴突导向分子的表达。在这些研究中,UNO通常用于比较丰富的指导分子开放和occluded-side粘膜作为他们活动依赖的证据(例如,52- - - - - -54])。
2.3。中央通道
早期UNO的潜在重要的话题影响中央的发展路径已经不幸了,而从文献很少关注。在一项研究中,梨状皮质层的厚度1 b和半月形的树突细胞的大小减少身体的同侧的产后天(PND) 30老鼠阻挡PND1 [55]。在最近的一项研究中,NMDA受体NR2B的表达和监管机构的磷酸化形式元素分子在梨形的表达下调五天后鼻孔阻塞,影响可完全逆转十天后重新开放的鼻孔56]。和早期产后UNO在老鼠延误正常发育的比率增加AMPA受体门冬氨酸受体在初级感觉神经突触但不是联想的突触在梨状皮层锥体神经元片制剂(57]。在之前相关的研究中,领域潜在录音完整前梨状皮层建立身体的同侧的抑郁的反应刺激诱发的皮层传入纤维在早期(PND1)但不迟(患产后抑郁症30)闭塞(58]。然而,在这项研究中诱发电位在皮层联合纤维增强身体的同侧的早和晚发性UNO老鼠。
关于其他中央嗅觉结构,UNO患产后抑郁症的1 - 20 2-deoxyglucose减少吸收引起的吻侧前嗅核(59]。然而,报告发表UNO对其它国家的影响嗅觉结构如杏仁核和内嗅皮层缺乏。
总的来说,这些相当温和的影响身体的同侧的UNO在更高的大脑中心已被归因于双边输入这些结构(6]。不过,鉴于目前缺乏更多的工作在这一领域的研究将受益。
2.4。人类研究
嗅球大小衡量MRI与嗅觉心理物理测试分数呈正相关临床人群从头部创伤中恢复以及在正常的成年人和年轻人(60- - - - - -62年]。这关系是因果关系,更重要的是,塑料在一生中,表明了研究显示,患者最严重的慢性鼻窦炎(CRS)倾向于有最小的嗅球体积和贫穷的嗅觉性能(63年]。此外,CRS的纵向研究患者标准治疗方案下显示灯泡大小的增加伴随着减少气味阈值治疗后(64年]。在一起,这些临床研究结果表明,人类的外围输入水平可能会影响细胞的生存在嗅球和其他嗅觉过程在啮齿动物(见下面)。更重要的是,至少一项研究的短期(一周)UNO在人类伴随着类似的时间恢复期(65年]。心理物理测试和功能磁共振成像分析的主题后剥夺和后再恢复提供适度的气味剥夺诱导一个可逆的证据增加与相应减少气味检测的特异性气味在梨状皮层编码。
3所示。一个方法的理论
虽然不可否认上述文献综述关注积极的结果,似乎只要一看,无论endpoint-anatomical,生化或physiological-UNO显著影响身体的同侧的嗅觉系统。然而,一个理论框架,把无数鼻孔阻塞的影响更加难以捉摸。一个显而易见的解决方案,考虑由Meisami [12]在他的现代Gudden重新发现的方法,是将这些发现在当下大规模语料库建立活动神经的正常发展的不可或缺的作用[66年,67年]。在这个配方,神经活动被认为通过Hebbian机制,加强适当的功能连接和削弱,最终淘汰,不恰当的连接(6]。这也许是讽刺,可以说是最好的理解这个过程的示例来自研究单眼缝合盖子的影响(Gudden技术)在眼优势柱形成视觉皮层(68年]。但我们有理由质疑赫的假设和眼部的不可避免的比较优势可塑性非常适合UNO现象学。例如,感官体验的观念可能发挥有益的作用在灯泡嗅觉地图的布局已经崩溃的重压下相反的证据。现代基因的方法,允许创建鼠标transductory级联的菌株缺乏必要的组件,建立适当的感觉细胞轴突引导球目标不需要感官活动甚至功能性突触释放,虽然自发活动(即。、非感觉驱动和可能不相关的)似乎是必要的([69年)综述(9])。给定的问题发展语言学家有绚烂地称为“贫困的刺激”,这可能是从来没有一个站得住脚的命题,> 1000种OSNs可以排序轴突在几天的发展,基于丰富性非常在意相关活动(69年]。因此,赫假设发现小救援在我们最近了解了灯泡的气味地图的发展;然而,intrabulbar连接可能是一个不同的问题15]。但有其他问题需要考虑双向可塑性之间的类比其他感官系统和UNO在嗅觉系统的影响。
3.1。关键时期
一行的证据支持先前描述的范例来自早期的证据表明,UNO的影响有一个“关键时期”的边界定义的大幅眼优势可塑性。在老鼠,表明UNO从患产后抑郁症的外墙面引起典型的同侧的灯泡大小减少25%,而患产后抑郁症的闭塞30 - 60或患产后抑郁症的60 - 90(影响很小70年]。然而,在随后的研究的许多影响身体的同侧的灯泡后早期产后UNO已被证明成人闭塞后积累包括减少大小(71年- - - - - -73年),神经发生(例如,72年]),和颗粒细胞分支[74年]。成人UNO还会导致细胞死亡在快速增加双边层I / II的梨形的75年]。此外,不同的眼优势柱可塑性,UNO影响是可逆的,明显的不确定时期,在鼻孔重开(76年]。因此,大量的可用数据不支持一个“关键”或敏感时期UNO对嗅球的影响。
3.2。射击和连接
在一个更基本的水平,然而,依赖性活动流程之间的类比其他感觉系统和现象学的UNO看起来笨拙的,特别是关于其影响灯泡。UNO附带的深刻的减少灯泡大小没有明显的先例在其他感官系统剥夺了适当的刺激。在视觉系统,甚至总刺激剥夺dark-rearing不会引起的尺寸变化和细胞丧失的嗅球后UNO [68年]。例如,在视网膜上视觉通路的结构或许最类似于嗅球,dark-rearing导致减少修剪视网膜神经节细胞的树突细胞不净亏损(77年]。甚至著名的减少deprived-eye眼优势列在视觉皮层单眼剥夺是由于竞争环境的发展中双目输入(68年]。没有类似的竞争中存在只单方面传入嗅球。的确,dark-rearing而温和的影响的大小和布线视觉通路,它不提供持续太长到成年早期(60]。重要的是,它是模式不活动的总量似乎是双向可塑性的关键决定因素在视觉系统68年,77年]。这些方面的影响刺激剥夺视觉系统似乎也适用于躯体感觉系统(77年]。
3.3。持续的神经发生
承认UNO在嗅球的影响是独特的感官系统,一个寻求独特的解释。奇异和嗅觉系统的显著特征是其连续OSNs周转率和供应的新中间神经元的嗅球吻侧迁移流(RMS)。
在嗅觉粘膜前体细胞在基板(图附近1)将成为新的OSNs发送树突向粘膜表面和轴突的嗅球,他们获得在肾小球功能连接(看过的78年])。这一过程,并且在整个生命周期内发生基础替代死亡的成熟神经元循环几个月的一段(78年]。
灯泡的连续供应新的RMS神经元分化的主要成球旁细胞和颗粒细胞,抑制中间神经元。一连串的最近的研究建立了这些adult-born神经元生存,成为功能集成在一个依赖性活动方式(了79年,80年])。如前所述,UNO减少adult-born神经元的生存在灯泡,令人惊讶的是,嗅觉“浓缩”增加他们的生存72年,80年]。行为研究表明,整合adult-born进入嗅球神经元实际上可能发挥重要的功能作用在某些类型的嗅觉学习和记忆80年]。完整的新兴文学回顾在嗅球神经元adult-born超出了本文的范围,这里提到作为一个潜在的解释戏剧性UNO在灯泡的大小和其他参数的影响。鉴于大部分减少身体的同侧的UNO后灯泡大小与颗粒细胞损失和刺激驱动活动是颗粒细胞生存所必需的,它遵循UNO,这无疑会降低刺激驱动的活动,会导致灯泡大小下降在年轻的成年人和未能达成全尺寸的动物。当然这仅仅分析引出了一个问题为什么视觉,听觉,和躯体感觉系统能有效运转没有持续的神经发生。一个建议是,球神经发生的上下文中可以理解的神经回路悲愤OSNs-are经历连续营业额适应一个不断变化的环境气味的目的(80年]。这个推理的重要警告出现从人类RMS的最近的研究81年]。,婴儿不到18个月有一个广泛的新生人口迁移神经元形成实质性的RMS,这个胚活动消退之后,在成年后几乎是零。至少从表面上看,这一结果似乎与观点,从RMS adult-born神经元起着关键作用的嗅觉功能,特别是考虑到非常受人尊敬的嗅觉能力平均成人(82年]。
除了最近的人类的数据,文献嗅觉神经发生是令人费解的。正如我们所看到的UNO导致神经发生减少在幼年和成年动物的嗅觉粘膜和减少颗粒细胞生存在嗅球45,47,72年]。有趣的是,UNO非感觉呼吸道上皮细胞内也会引起神经发生减少导致的建议比气味气息奄奄的空气中其他的东西,如毒素、微生物,或其他外国粒子,可能会开车有丝分裂发生(45]。证据支持这个想法来自一个早期的研究显示,许多OSNs可能长达一年生活在老鼠(整个物种的正常寿命)提供动物生长在一个层流罩,以防止鼻腔感染(83年]。添加到这些发现最近的一项研究显示,气味暴露,在bulbectomized老鼠,救助OSNs从细胞凋亡通常伴随着这个操作84年]。气味或其他因素是否气息奄奄的空气治理的死亡和替换OSN嗅觉粘膜和如何反过来影响中间神经元的死亡和更换灯泡保持开放的问题,也是这一前所未有的可塑性的进化意义。
因此,它必须得出结论,尽管存在很多优秀的实证研究,一个令人满意的理论框架来理解UNO在嗅觉系统的影响,我们无法做到目前为止!
4所示。有问题的范例
陈词滥调“事事顺利”肯定适用于UNO技术。正如已经提到的,后遗症的嗅觉系统中的操作是巨大的,而且在不断发展壮大。它仍然是首选的方法可用刺激剥夺任何调查员烙。然而,假设基本很少测试中的应用。
4.1。剥夺
与dark-rearing的情况或lid-suture(对比剥夺)在视觉研究中,没有完整的剥夺是通过UNO。电生理记录大鼠(41)和Fos免疫组织化学提交在雪貂85年]揭示odor-driven活动身体的同侧的灯泡即使急性UNO。使用急性或长期UNO范例,老鼠发生了侧bulbectomy可以检测气味在极低的浓度86年,87年]。同样准备新生鼠可以使用气味线索找到母亲的乳头和导航回巢88年]。最后,成年小鼠接受UNO新生儿和侧bulbectomy成年人可以执行更好的比控制(单边bulbectomy没有侧UNO)气味习惯/ cross-habituation和操作测试([89年];见下面)。这些结果的一个解释是,在啮齿动物和其他一些哺乳动物有一个惊人的大鼻咽管可以让气味混合之间的开放和阻挡鼻窝(86年]。同时,气味无疑获得的阻挡窝鼻后的路线。事实上必须创建的负压堵塞与每个吸入窝担保大量交换阻挡窝和外部世界之间的空气由internasal和鼻后的通道。
最后一点在剥夺通过UNO担忧的问题什么鼻腔实际上被剥夺。深刻而全面的影响,UNO对身体的同侧的灯泡的人口中间神经元形成鲜明对比小结,潜在的区域,和环境相关的不足在阻塞发生的一个鼻孔。指出已经大幅保存啮齿动物的嗅觉能力被迫气味只有occluded-side嗅觉系统完整,要求一个壮举的重路由的气味进入鼻腔的错。这些因素表明,中间神经原人口在一些地区的嗅球应该被UNO幸免。甚至更重要的是,一般的实验室或动物的气味环境设施必须贫困而自然环境。鉴于这种情况似乎大多数1000年代的不同类型的OSNs(基于他们的嗅觉受体表达)的特定配体被剥夺大部分时间在实验室环境。在这种情况下,全球的影响UNO灯泡都更令人吃惊。不是剥夺贫困环境的时刻比剥夺一个丰富的环境吗?考虑这些事实OSNs有趣的是,除了应对气味配体,是精美的机械90年]。毫无疑问,UNO标志着阻挡在机械力和全球减少窝,通常会伴随呼吸气流。因此,它可以推测机械力不足可能解释UNO的全球影响的灯泡也提供了一个假定的角色OSN机械转导这个活动依赖的过程。
寻找一个鼻孔闭塞效应的全球影响的人口中间神经元灯泡值得注意的是,正如前面提到的,在空气中其他因素:刺激、微生物、有毒物质,等,这部分免受occluded-side鼻窝,应给予更多的关注潜在原因的粘膜和UNO后球的变化。在这方面相关,三叉神经感觉纤维丰富的嗅觉粘膜向嗅球络脉,他们被认为是影响调制器(91年]。鉴于该电路的存在,似乎可能的一些影响UNO在身体的同侧的灯泡可能与干扰正常的三叉神经和嗅觉系统之间的相互作用。
4.2。特异性
UNO技术的另一个隐含的假设是,其效果是嗅觉系统良性的和有限的。然而,调查人员已多次表明,动物生长后以较慢的速度相比UNO控件(例如,(12,88年])。与剥夺针对眼睛或耳朵,鼻腔有很多功能除了嗅觉尤其是呼吸。当地减少氧气,二氧化碳的增加,和前面提到的保护从干燥、刺激,微生物可以全部UNO底层的一些因素的影响。这一点,如前所述,鼻甲形态异常咬合的一侧的年轻成年小鼠早期产后UNO之后,效果可能与气味不足(51]。最后,我们最近同侧和对侧的转录组的UNO老鼠相比的未经处理的小鼠([92年];图3)。许多基因,看似无关的嗅觉,监管occluded-side粘膜和灯泡,铸造进一步怀疑特异性的假设。
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4.3。对侧的控制
的一个最严重的停赛实验设计的基本租户使用UNO通常发生在实验技术。也许是因为早期的一些研究人员,可以追溯到Gudden,假定侧方是“正常”,如果这是真的,这将承受强大的受试实验设计,许多现代UNO爱好者使用很少或根本没有控制在他们的研究主题。然而,常识和实验证据表明UNO侧一边的科目就不正常了。而闭塞的一侧气流大幅减少,尤其是吻侧鼻咽的运河,开放方面被迫携带超出平常的空气的体积(大概两倍)。同时,UNO废除交替呼吸周期,迫使恒关税开放的一面。毫无疑问这将导致检测侧粘膜组织学和生理变化。最引人注目的是深刻的亏损OSNs吻侧鼻腔结束后长期(≥6周)UNO在老鼠身上93年,94年]。同样,一套侧粘膜组织学异常一直指出的兔子(95年)和大鼠(50UNO后)。在小鼠,鼻甲肥大的侧鼻窝从未经治疗的受试者相比,早期产后UNO[18天内51]。最后,一个发现几个不同调节基因的转录组比较控制和侧粘膜和灯泡在刚成年的老鼠收到UNO新生儿([92年];图3(一个))。这些基因还没有注释,以及其他看似无关的嗅觉;然而,他们站的存在证明了侧方UNO主题不是“正常的”。
4.4。补偿过程
与嗅觉的Hebbian视图开发前面所讨论的,证据最近累积相反的命题。事实上许多嗅觉系统的变化似乎UNO补偿后,使系统工作保护嗅觉功能的变化的感官剥夺(96年]。例如,嗅球神经递质系统似乎遵循这一模式,减少身体的同侧的灯泡多巴胺UNO后补偿增加多巴胺> 30% D2受体不能归因于收缩膜(97年]。类似地,身体的同侧的灯泡去甲肾上腺素的增加补偿,在某种程度上,通过降低去甲肾上腺素受体(96年]。同时,UNO可能导致一个侧降低肾小球神经纤维网的程度和僧帽细胞的树突分枝,也会使更多的突触蛋白synaptophysin均匀分布,一个响应,可能被视为补充(96年]。最后,在最近的一项研究中,身体的同侧的颗粒细胞的损耗UNO似乎补偿后的残余颗粒细胞人口增加了兴奋性(19]。所有这些例子有助于解释动物的身体的同侧的嗅球受到长期UNO似乎正常,据我们所知,尽管其形态学异常。
赔偿的证据还在第一个突触丰富的嗅觉系统和外围。泰勒等人最早发表的详细研究UNO在主要和次要的影响突触的嗅觉系统(98年]。使用全细胞电压钳技术在一只老鼠片准备,他们发现,嗅觉不足两个星期,开始PND2,增加神经递质释放的概率和量子内容主要嗅觉神经突触侧灯泡。这种效应的UNO可以证明早在三天前鼻孔闭塞的发生在年轻的成年老鼠。此外,immunolabeling水泡的谷氨酸转运体和两个谷氨酸受体亚单位证明UNO造成了这些组件的upregulation侧主要嗅觉神经突触。电压钳记录主要二级神经元的自发和olfactory-nerve-evoked活动的灯泡,也包括僧帽细胞表明,UNO加强突触嗅觉供应下游组件的电路。后者发现可能解释观测早些时候的大小和强度odor-induced 2-deoxyglucose焦点中增加ipsilateral-bulb glomerular-layer UNO的老鼠重新开放后堵塞鼻孔(43]。在这个早期的研究观察,比侧身体的同侧的僧帽细胞响应给定的有气味的东西。总的来说,这些研究揭示出一个前所未知的代偿反应,即中小学嗅觉神经突触后加强身体的同侧的UNO。这样加强中小学突触后剥夺也很难与Hebbian过程更符合稳态塑性的概念(98年,99年]。
味觉的最外围组件——OSNs呢?补偿过程可能存在的一条线索在这些哨兵的气味来自仍然无法解释观测,嗅觉标记蛋白(OMP) immunolabeling比侧更强烈的同侧(或控制)粘膜的老鼠受到UNO ([One hundred.];图1 (d))。考虑到少刺激导致更多的OMP在这项研究中,某种形式的补偿过程的建议,尤其是这种蛋白质的疑似在嗅觉传导功能101年]。在一系列的后续实验,结果表明,腺苷酸环化酶类型III (),嗅觉transductory级联的主要组成部分,和一个nonciliary磷酸二酯酶,这已被证明是参与transductory调制,也调节OSNs回应鼻孔闭塞(102年]。至少在结果这句话的含义很清楚:嗅觉刺激的减少而导致的增加这种酶的产品阵营最终导致动作电位OSNs达到阈值起始。因此,刺激剥夺可以设置在运动生化级联导致增加“增益”OSN transductory级联(图2)。微阵列分析最近被用来证实和扩展先前的发现基于immunolabeling [92年]。成人从控制嗅觉粘膜的转录组小鼠相比同侧和对侧的从两侧的老鼠受到UNO新生儿。记录的关键基因参与嗅觉接待,转导,和传输包括许多嗅觉受体,嗅觉蛋白,嗅觉环核苷酸封闭通道,嗅觉calcium-activated氯通道在deprived-side调节嗅觉粘膜,相反效应nondeprived-side粘膜,而控制。因此,这些芯片结果支持假设气味环境可以触发OSNs未知的自我平衡的控制机制。
当然,如果这些观察基因和蛋白质水平有任何功能意义,他们应该可测量的电生理。为了解决这个问题此次录音收集从匹配位置同侧和对侧的嗅觉粘膜从鼻腔UNO老鼠的103年]。刺激集包括一系列log-dilutions的气味在嗅觉的研究。与基因和蛋白质数据一致,此次振幅从记录网站UNO剥夺了粘膜的老鼠更大的对于一个给定的有气味的和集中的刺激比从开放的一面。对于一些科目的大小小城镇阻挡一侧的两倍,在开放的一面。鉴于此次被认为是来源于总结生成器的潜力OSNs附近的记录电极,这些结果暗示OSNs阻挡一侧有潜力更大的发电机或更多的细胞被给定的气味,或两者兼而有之。这些电生理结果,至于蛋白质和RNA数据,符合假设OSNs应对不足补偿的方式。这个过程看似会反对任何Hebbian修剪的突触连接灯泡。
然而,事实仍然是,UNO原因减少的生存增殖颗粒细胞和其他中间神经元的灯泡(19,30.]!考虑到颗粒细胞抑制僧帽细胞,主要输出神经元的灯泡,和被认为参与侧抑制可能提高气味歧视,人们很容易认为,自我调节的过程在嗅觉UNO后电路构成他们的损失。其他的功能的持续供应颗粒细胞灯泡(见上述部分)剥夺他们的下降将使系统增加气味检测,也许在气味的价格歧视40]。有趣的是根据这些考虑,灯泡的小鼠注射了一种药物,限制了神经发生意外正常嗅觉功能(104年]。此外,如前所述,老鼠被迫仅仅依靠他们的阻挡嗅觉系统通过消除侧灯泡在行为测试中表现更好的检测比控制老鼠(89年]。
5。剩余的谜题
的一些表面上相互矛盾的结果UNO在本文到目前为止讨论的嗅觉系统可能不会是不相容的。希望进一步的研究将明确现在似乎不一致。然而,可能会有值得注意的一些额外的证据关于气味的嗅觉系统经验的影响必须考虑在任何全面的嗅觉塑性理论。
5.1。嗅觉感应
雄烯酮的特定嗅觉缺失症,这发生在大约一半的人口,在反复接触能够逆转这难闻的类固醇105年]。这个结果已经复制在某些菌株的老鼠,就像某些其他气味感应灵敏度106年]。基于此次录音,轨迹的效果已被证明是嗅觉粘膜,至少部分(106年,107年]。与这些结果一致,老鼠训练的有气味的检测任务显示高度反应和改变粘膜反应模式相比,训练有素的气味的年龄组(108年]。或许最令人惊讶的是这种嗅觉感应trans-utero可能发生,因为兔子的母亲已经被美联储杜松子显示高度小城镇反应juniper气味后天(109年]。没有嗅觉感应机制已经建立但前面讨论的证据表明气味暴露,在bulbectomized老鼠,救助OSNs从细胞凋亡,通常也伴随着这种操作可能相关的(84年]。也许气味暴露的人口构成变化在嗅觉粘膜OSN类型。
5.2。嗅觉感知学习
这是一个现象,在某种程度上让人想起嗅觉感应(看过的110年])。经过一段时间的被动接触某些二元混合物的纯粹的气味,老鼠开始区分组件没有歧视前曝光时间(111年]。但是,与感应,这一现象被认为是球的起源,因为阻塞神经发生的灯泡与药物输注前后有气味的曝光期间防止歧视的改善(111年]。
5.3。补偿回来的
从进化的角度讨论的补偿过程之前,这似乎是实现各级的嗅觉系统,似乎很合乎逻辑的。鉴于其有限的动态范围,大自然设计了足够的可塑性为感官系统,不断调整自己的输出最大化有用的信息通过他们关于环境转移到大脑(112年]。这就是为什么感官系统调节为了报告变化在环境中,而不是静态的刺激水平(113年]。适应是一个短期的例子,这种机制被广泛研究,经验和理论上,许多感官系统(例如,114年])。长期剥夺对嗅觉系统的影响,如看到UNO后,可以在相同的光适应被理解,尽管他们的细胞机制,时间进程,可逆性可能截然不同。从这个角度来看,动物暴露于“嘈杂”或“丰富”气味的环境中可能会显示变化相反那些贫困国家的报道。这正是一种推拉机制的微阵列研究讨论之前,用同侧和对侧的控制转录水平之间的中间值为最重要的嗅觉transductory元素(92年]。符合这样的补偿机制,最近的一项研究表明,转基因小鼠的基因呈现僧帽细胞离子通道删除hyperexcitable实际上失去许多OSNs [93年]。
嗅觉感应和知觉学习更难以理解从动物行为学的观点。没有任何行为的相关性,神经系统为什么要提高检测和歧视的气味,它仅仅是暴露于可能没有任何生存价值?在任何情况下,实证结果显示,UNO原因upregulation嗅觉transductory元素同侧的侧差别(贫困),并对这些(丰富)出现,至少在他们的脸,与嗅觉感应和知觉学习的预测。保存嗅觉能力测量在动物行为水平与长期UNO加上侧灯泡消融似乎也不符合这些预测(89年]。值得注意的是,人体长期暴露于特定气味几个星期增加在特定气味阈值,另一个发现,似乎不符合感应和嗅觉感知学习的现象,但完全兼容的预测补偿(115年]。
启发式锻炼,剥夺或浓缩的预测影响嗅觉系统水平的粘膜,灯泡,和行为可以归纳对比,知觉学习,和补偿模式(图4)。值得注意的是,在某些情况下的预测影响这些过程全等和别人发生冲突。
6。结论
埃米尔Kraepelin Gudden,导师和弗朗兹尼氏小其他名人,可以说是第一个神经生物学家。他开创了技术,仍然龇出他的名字,使用二次变性研究大脑皮层和皮层下结构之间的相互关系和作为精神病医生,他帮助人性化治疗的疯狂3]。具有讽刺意味的是,他肯定死在他的手中精神病人巴伐利亚的“疯王Ludgwig二世”,尽管他们同时溺水的细节仍然充满了神秘色彩。有趣的是思考Gudden认为干预已取得的进步的世纪以来他单方面剥夺技术发明。他可能不是惊讶地发现感官活动作用在神经系统的开发和维护是一个非常棘手的问题。例如,一些复杂的感官计算模块,如定向地图的视觉皮层,正常发育没有感觉输入的好处,而其他模块共处在同一个皮质体积,如视觉方向域,有绝对要求的视觉体验104年,116年,117年]。
UNO技术无疑是一个不可或缺的工具全部设备的嗅觉神经科学家虽然有缺点的过程和产生冲突的结果和假设。关键在剩下的需要解决的问题是正确的理论框架来理解不足在嗅觉上的影响。浪漫主义将继续讨论情人的存在与否的影响在人类心中的热情。同样的嗅觉系统我们想知道如果没有让鼻子靠得更近?还是的味道,心不烦吗?
确认
作者感谢国家科学基金会的支持下,研究信徒纪念信任,Chenery养老,克雷吉养老。他还想表达他的感谢詹姆斯樱桃和波士顿大学心理学系的接待和提供办公空间在写这篇文章。