Учените декодират как мозъкът усеща миризмата

Учените разшифроваха как мозъците на бозайници възприемат миризми и отличават една миризма от хиляди други.

 

При експерименти с мишки изследователите на NYU Grossman School of Medicine за първи път създадоха електрическа сигнатура, който се възприема като миризма в мозъчния център за обработка на миризма – обонятелната луковица – въпреки че миризма не съществува.

Тъй като сигналът, симулиращ миризма, е създаден от човека, изследователите могат да манипулират времето и реда на свързаната нервна сигнализация и да установят кои промени са най-важни за способността на мишките да идентифицират точно „синтетичната миризма“.

„Дешифрирането на начина, по който мозъкът определя отделни миризми е отчасти сложно, защото за разлика от други сетива, като зрение например, ние все още не знаем най-важните аспекти на отделните миризми“, казва водещият изследовател на изследването Едмънд Чонг, MS, докторант в NYU Langone Health. „При разпознаването на лице например, мозъкът може да познае човека въз основа на визуални сигнали, като очите, дори без да вижда нечий нос и уши“, казва Чонг. „Но тези отличителни черти, записани от мозъка, трябва тепърва да бъдат открити за всяка миризма.“


РЕКЛАМА:

***

Настоящите резултати от изследването, публикувани онлайн в списанието Science на 18 юни, се съсредоточават върху обонятелната луковица, която се намира зад носа при животни и хора. Минали проучвания показват, че въздушните молекули, свързани с аромати, задействат рецепторни клетки в носа, за да изпращат електрически сигнали до свързващи нервни снопове в обонятелната луковица, наречени гломерули, а след това до мозъчни клетки (неврони).

Известно е, че времето и редът на активиране на гломерулите са уникални за всяка миризма, казват изследователите, след което сигналите се предават в мозъчната кора, която контролира как едно животно възприема, реагира и помни миризмата. Но тъй като ароматите могат да варират във времето и да се смесват с други, учените и досега се борят за точното проследяване на единична сигнатура на миризма в няколко типа неврони.

За новото проучване изследователите разработват експерименти на базата на мишки, генетично проектирани от друга лаборатория, така че мозъчните им клетки да могат да бъдат активирани чрез насочване на светлина върху тях – техника, наречена оптогенетика. На следващ етап, те обучават мишките да разпознават сигнал, генериран от светлинно активиране на шест гломерули, за който се знае, че прилича на модел на сигнал, предизвикан от миризма – като им дават за награда вода, само когато усетят правилната „миризма“ и натиснат лост.

Ако мишките натиснат лоста след активиране на различен набор от гломерули (симулация на различна миризма), те не получават вода. Използвайки този модел, изследователите променят времето и комбинацията от активирани гломерули, отбелязвайки как всяка промяна влияе върху възприятието на мишката и съответното поведение: точността, с която тя реагира на сигнала за синтетичен мирис, за да получи наградата.

Изследователите откриват, че промяната в това кой от гломерулите във всеки набор за определяне на миризма се активира първи, довежда до 30 % спад в способността на мишката правилно да усети сигнал за миризма и да получи вода. Промените в последните гломерули във всеки комплект дават 5% намаление на точното усещане за мирис.

Определянето на правилното темпо за активирането на гломерулите работи „като нотите в мелодия“, казват изследователите – със закъснения или прекъсвания в ранните „ноти“, влошаващи точността. Сериозният контрол в техния модел за това кога, колко и кои рецептори и гломерули са активирани в мишките, позволява на екипа да пресее много променливи и да идентифицира кои характеристики на миризма се открояват.

„Сега, когато имаме модел, по който да разберем функционирането на времето и реда на активиране на гломерулите, можем да изследваме минималния брой и вид рецептори, необходими на обонятелната луковица за идентифициране на конкретна миризма“, казва старшият изследовател и невробиолог д-р Дмитрий Ринбърг. Ринберг, доцент в NYU Langone и неговия Институт по Невронаука, посочва, че човешкият нос има около 350 различни видове рецептори за миризма, докато мишките, чието обоняние е далеч по-специализирано, имат повече от 1200. 

„Нашите резултати идентифицират за първи път код за това как мозъкът преобразува сензорната информация във възприятие на нещо, в случая – миризма“, добавя Ринберг. „Това ни доближава до отговора на дългогодишния въпрос в нашата област за това как мозъкът извлича сензорна информация, за да предизвика поведение.“

Финансовата подкрепа за изследването е предоставена от гранта на Националните здравни институти R01 NS109961. В допълнение към Чонг и Ринбърг, други изследователи от NYU, участващи в това изследване, са д-р Кристофър Уилсън и д-р Shy Shoham. Други изследователи включват д-р Моника Морони и д-р Стефано Панзери от Instituto Italiano di Tecnologia, в Роверето, Италия.

 

Превод: Сирма Льошевалие

Източник: sciencedaily.com


Европейска нощ на учените 2022 г.: