嗅覚を感じる脳の部分。嗅球は神経回路として、感覚の入力源が1つ（嗅上皮の嗅覚受容体ニューロンからの軸索）、出力が1つ（僧帽細胞の軸索）である。 そのため、一般的には、多数の入力と多数の出力を持つ連想回路とは対照的に、フィルターとして機能していると考えられている。 しかし、嗅球は、扁桃体、大脳新皮質、海馬、青斑核、黒質などの脳領域からも情報を受け取っている。
- 匂いを識別する
- 匂いの検出感度を高める
- 多くの背景の匂いをフィルタリングして、少数の選択された匂いの伝達を強化する
- 覚醒や注意に関与する高次の脳領域が匂いの検出や識別を修正することを可能にする。
これらの機能は、理論的には嗅球の回路構成から生じる可能性がありますが、どの機能が嗅球だけで実行されているのかは不明です。 多くの研究者は、網膜などの脳の類似部分との比較から、嗅球が受容ニューロンからの情報をどのようにして空間的にフィルタリングするのか、あるいは、どのようにして時間的にフィルタリングするのかに注目している。 これらのフィルターの中核となるのは、嗅球周囲細胞と顆粒細胞という2つのクラスの介在ニューロンである。
外嗅球層の介在ニューロンは、シナプス前の活動電位に反応し、興奮性シナプス後電位と抑制性シナプス後電位の両方を示します。 神経の発火は時間的に変化し、高速で自発的な発火の時期と、ゆっくりとした発火の変調の時期がある。 これらのパターンは、匂いを嗅いだり、匂いの強さや濃度の変化に関連している可能性があります。 時間的なパターンは、嗅覚の空間認識の後の処理に影響を与える可能性があります。 例えば、僧帽細胞のスパイクトレインが同期していると、同期していない場合よりも類似した匂いを識別しやすくなるようである。
Lateral inhibitionEdit
外側の叢状層
外側の叢状層の介在ニューロンは、逆伝播を制御するために、僧帽細胞に対してフィードバック抑制を行います。 また、ミトコンドリア細胞の横方向の抑制にも関与しています。 この抑制は、バックグラウンドの匂いに対する発火を減少させ、僧帽細胞層の嗅覚神経入力の反応を区別することで匂いの識別を助ける、嗅覚の重要な部分である。 他の層による僧帽細胞層の抑制は、嗅球からの出力を調節することで、匂いの識別やより高度な処理に貢献する。
僧帽細胞層と顆粒細胞層の間にある内部叢状層の機能については、情報が不足しています。
顆粒細胞層
僧帽細胞の基底樹状突起は、顆粒細胞として知られる介在ニューロンに接続されており、ある理論では、僧帽細胞間の横方向の抑制を生じさせます。 僧帽筋細胞と顆粒細胞の間のシナプスは、神経伝達物質を放出する樹状突起がシナプスの両側にある「デンドロ・デンドライト」という珍しいクラスのシナプスである。 この具体的なケースでは、分裂細胞が興奮性の神経伝達物質であるグルタミン酸を放出し、顆粒細胞が抑制性の神経伝達物質であるガンマ-アミノ酪酸（GABA）を放出する。 その双方向性の結果、デンドロ-デンドライト・シナプスは、ミトコンドリア細胞が自分自身を抑制する（自己抑制）だけでなく、隣接するミトコンドリア細胞を抑制する（側方抑制）ことも可能である。 より具体的には、顆粒細胞層は、mitral細胞とtufted細胞の基底部デンドライトから興奮性のグルタミン酸シグナルを受け取る。 顆粒細胞は今度はGABAを放出して、僧帽細胞に抑制効果をもたらします。 活性化した僧帽筋細胞から顆粒細胞の連結した樹状突起に向けて、より多くの神経伝達物質が放出されるため、顆粒細胞から活性化した僧帽筋細胞への抑制効果は、周囲の僧帽筋細胞よりも強くなる。 側方抑制の機能的な役割は明らかではないが、周囲の非活性化ニューロンの基本的な発火率を抑制することで、匂い信号のS/N比を高めることに関与しているのかもしれない。 その結果、匂いの識別が容易になるというわけだ。 他の研究では、側方抑制が匂いの反応の分化に寄与し、異なる匂いの処理と知覚を助けることが示唆されている。 また、コリン作動性が顆粒細胞に作用し、顆粒細胞の脱分極を促進して興奮状態にし、その結果、僧帽細胞の抑制が増加するという証拠もある。 嗅覚は、末梢の感覚受容体が間脳で中継を行う他の感覚システムとは異なる。
accessory olfactory bulbEdit
accessory olfactory bulb (AOB)は、主嗅球の背後に存在し、主嗅球とは独立した平行経路を形成している。 鋤鼻器官は副嗅球に突起を送り、副嗅球は副嗅覚系の第2の処理段階となる。 主嗅覚球と同様に、副嗅覚球への軸索入力は糸球体内のミトコンドリア細胞とシナプスを形成する。 副嗅球は、主嗅覚上皮とは異なる感覚上皮である鋤鼻器官から軸索入力を受ける。鋤鼻器官は、社会的行動や生殖行動に関連する化学的刺激を検出するが、おそらく一般的な臭気物質も検出する。 嘔吐ポンプがオンになるためには、まず主嗅覚上皮が適切な匂いを検出する必要があるという仮説が立てられている。
鋤鼻の感覚ニューロンは、扁桃体や視床下部に伝達されるミトラル細胞と呼ばれるAOB原理ニューロンに直接興奮性の入力を与えるため、性ホルモンの活動に直接関与し、攻撃性や交尾行動に影響を与えると考えられています。 鋤鼻感覚ニューロンの軸索は、所定の受容体タイプを発現しており、主嗅球で起こるものとは異なり、6〜30個のAOB糸球体の間で分岐している。 感覚ニューロンの軸索がシナプス前に統合された直後に、ミトラル細胞の樹状突起終末はターゲティングとクラスター化の劇的な期間を経る。 vomernasal sensorglomery neuronsとmitral cellの接続は正確で、mitral cellの樹状突起は糸球体をターゲットにしている。
AOBは前部と後部の2つの主要なサブリージョンに分かれており、それぞれV1RとV2Rという2つの主要なカテゴリーの鋤鼻感覚ニューロンから分離したシナプス入力を受けています。 V1RとV2Rの2つの感覚ニューロンは、種類や分子量の異なる化学的刺激を検出する際に、それぞれ異なる役割を果たしていることから、これは明確な機能的特殊性であると考えられる。 しかし、AOBの両側からの分裂細胞の投射が収束する中心部では、この機能は維持されていないようである。 球根の他の部分と比較したAOBの回路の明らかな違いは、神経糸球内の分裂細胞と鋤鼻感覚求心性の間の不均質な接続性である。 AOBの僧帽細胞は、先端の樹状突起を介して、異なる受容体ニューロンの求心性信号で形成された糸球体と実際に接触しているため、一般的に主要な嗅覚系に存在する1つの受容体と1つのニューロンのルールを破ることになる。 このことは、VNOを介して感知され、AOBで精緻化された刺激は、異なる、おそらくより複雑なレベルの精緻化を受けていることを意味する。 したがって、AOBのミトラル細胞は、他の大脳皮質投射ニューロンと比較して、明らかに異なる発火パターンを示す。
嗅球へのトップダウン入力は、嗅覚出力に異なる影響を与えます。
嗅球は、嗅覚情報を扁桃体、眼窩前頭皮質（OFC）、海馬でさらに処理し、感情、記憶、学習に役割を果たします。 主嗅球は、一次嗅覚皮質の梨状皮質を介して扁桃体に接続し、主嗅球から特定の扁桃体領域に直接投射する。 扁桃体は、嗅覚情報を海馬に伝える。 眼窩前頭皮質、扁桃体、海馬、視床、嗅球は、一次嗅覚皮質の皮質を介して、直接的、間接的に多くの相互関連性を持っている。
扁桃体編集
匂いと行動反応の間の連想学習は扁桃体で行われます。 匂いは、正の状態で発生した匂いは正の状態で発生した行動を強化し、負の状態で発生した匂いはその逆の役割を果たします。 匂いの手がかりは、扁桃体のニューロンによって、その匂いがもたらす行動上の効果や感情がコード化される。 このように、匂いは特定の感情や生理的状態を反映しています。 匂いは快・不快の反応と関連付けられ、最終的には匂いが手掛かりとなり、感情的な反応を引き起こすことができます。 このような匂いの関連付けが、恐怖などの情動状態の一因となる。
海馬
海馬は、嗅覚の記憶や学習にも役立っています。 海馬では、いくつかの嗅覚記憶プロセスが行われます。 扁桃体でのプロセスと同様に、匂いは特定の報酬と関連しています。例えば、食べ物の匂いで栄養を受け取ることができます。 また、海馬の匂いは、エピソード記憶（特定の場所や時間に起きた出来事の記憶）の形成にも貢献している。 海馬で特定のニューロンが発火する時間は、ニューロンによって匂いなどの刺激と関連付けられる。
Habenulaの嗅覚コーディング
下等脊椎動物（ヤツメウナギ、テレストフィッシュ）では、ミトコンドリア細胞（主嗅覚ニューロン）の軸索は、非対称的にHabenulaの右半球にのみ投射される。 背側のHabenula (Hb)は機能的に非対称であり、右半球で匂いの反応が優位になることが報告されている。 また、Hbニューロンは嗅覚刺激がなくても自発的に活動することが示された。 このような自発的に活動するHbニューロンは、機能的なクラスターに組織されており、嗅覚反応を支配していると提唱されています。 (Jetti, SK. et al. 2014, Current Biology)
うつ病モデル
嗅球と感情や記憶との関連性を示すさらなる証拠として、うつ病モデル動物があります。 ラットの嗅球除去は、効果的に扁桃体と海馬の構造的変化を引き起こし、うつ病の人と同様の行動変化をもたらします。 研究者たちは、嗅球摘出を行ったラットを使って、抗うつ剤の研究を行っています。 ラットの嗅球を切除すると、海馬の樹状突起の再編成、細胞成長の乱れ、海馬の神経可塑性の低下などが起こることが研究で明らかになっています。 このような嗅球除去による海馬の変化は、うつ病に特徴的な行動変化と関連しており、嗅球と感情の相関関係が示されている。 海馬と扁桃体は匂いの知覚に影響を与える。
Orbitofrontal cortexEdit
嗅覚情報は、一次嗅覚皮質に送られ、そこから眼窩前頭皮質に投射されます。 眼窩前頭皮質は、匂いと報酬の関連付けに加えて、報酬の価値、すなわち食べ物の栄養価を評価します。 OFCは、梨状皮質、扁桃体、海馬傍皮質からの投射を受けている。 食べ物の報酬情報をコード化しているOFCの神経細胞は、刺激を受けると報酬系を活性化させ、食べるという行為と報酬を関連付ける。 OFCはさらに前帯状皮質に投射され、食欲に関わる役割を果たしている。 OFCはまた、匂いを味覚などの他の刺激と関連付ける。 匂いの知覚と識別にもOFCが関与している。 嗅球の糸球体層にある空間嗅覚マップは、これらの機能に貢献していると考えられる。 嗅覚マップは、糸球体を空間的に整理することで、嗅覚情報の処理を開始する。
成人のニューロン新生
嗅球は、海馬の歯状回の脳室下帯と顆粒下帯とともに、成人の哺乳類で継続的にニューロン新生が観察される脳の3つの構造のうちの1つである。 ほとんどの哺乳類では、脳室下帯の神経幹細胞から新しいニューロンが生まれ、主嗅球と副嗅球に向かって吻合方向に移動する。 嗅球内では、これらの未熟な神経芽細胞は、顆粒細胞層と糸球体層にそれぞれ存在する機能的な顆粒細胞介在ニューロンと糸球体周囲細胞介在ニューロンに成長する。 また、嗅球の糸球体でシナプスを形成する嗅覚ニューロンの軸索は、嗅覚上皮に存在する嗅覚ニューロンの再生に伴って再生することができる。
この領域における成体の神経新生の機能については、まだ研究の余地があります。
この領域における成体ニューロン新生の機能については、まだ研究の余地があります。回路に入ってきた未熟なニューロンの生存率は、嗅覚活動、特に連想学習課題に非常に敏感です。 このことから、新しいニューロンが学習過程に関与しているのではないかという仮説が立てられた。 機能喪失実験では、決定的な行動上の影響は観察されていないことから、このプロセスが嗅覚処理に関係しているとしても、その機能は微妙であると考えられます。