Ученые расшифровали, как мозг млекопитающих воспринимает запахи и отличает один запах от тысяч других.
В экспериментах на мышах исследователи из Медицинской школы Нью-Йорка Гроссмана впервые создали электрическую сигнатуру, которая воспринимает любой аромат центром обработки запахов мозга, даже если запах настолько слабый, что не ощущается обонятельная луковица все равно его улавливает.
Поскольку сигнал, имитирующий запах, был создан человеком, исследователи могли манипулировать продолжительностью и порядком соответствующей нервной сигнализации и определять, какие изменения были наиболее важны для способности мышей точно идентифицировать "синтетический запах".
"Расшифровка того, как мозг различает запахи, является сложной, отчасти из-за того, что в отличие от других чувств, таких как зрение, мы еще не знаем наиболее важных аспектов отдельных запахов", - говорит ведущий исследователь исследования Эдмунд Чонг, MS, докторант в Нью-Йоркском университете Langone Health. "В распознавании лиц, например, мозг может распознавать людей на основе визуальных сигналов, таких как глаза, даже не видя чей-то нос и уши", - говорит Чонг. "Но эти отличительные черты, записанные мозгом, еще предстоит найти для каждого запаха."
Текущие результаты исследования, опубликованные на сайте журнала Science 18 июня, сосредоточены на обонятельной луковице, которая находится за носом у животных и человека. Прошлые исследования показали, что молекулы воздуха, связанные с запахами, запускают рецепторные клетки, расположенные вдоль носа, чтобы посылать электрические сигналы к нервным окончаниям клубочков в луковице, а затем к клеткам головного мозга (нейронам).
Время и порядок активации клубочков, как говорят исследователи, уникальны для каждого запаха, а затем сигналы передаются в кору головного мозга, которая контролирует, как животное воспринимает, реагирует и запоминает запах. Но поскольку запахи могут изменяться с течением времени и смешиваться с другими, ученые до сих пор изо всех сил старались точно отследить один запах сигнатуры через несколько типов нейронов.
Для нового исследования исследователи разработали эксперименты, основанные на наличии мышей, генетически спроектированных другой лабораторией, чтобы их мозговые клетки могли активироваться путем освещения их световым методом, называемым оптогенетикой. Затем они научили мышей распознавать сигнал, генерируемый световой активацией шести клубочков - как известно, напоминающий рисунок, вызванный запахом, - давая им награду только тогда, когда они воспринимали правильный "запах" и нажимали рычаг.
Если мыши нажимали на рычаг после активации другого набора клубочков (имитация другого запаха), то они не получали никакого приза. Используя эту модель, исследователи изменили время и смесь активированных клубочков, отметив, как каждое изменение повлияло на восприятие мыши, отраженное в поведении: точность, с которой она действовала на синтетический сигнал запаха, чтобы получить награду.
В частности, исследователи обнаружили, что изменение того, какие из клубочков внутри каждого определяющего запах набора были активированы первыми, привело к тому, что способность мышей правильно воспринимать сигнал запаха упала на 30%. Изменения в последних клубочках в каждом наборе сопровождались всего лишь 5-процентным снижением точности определения запаха.
"Время активации клубочков работало совместно "как ноты в мелодии"" - говорят исследователи, с задержками или перерывами в ранних" нотах", ухудшающих точность. Жесткий контроль в их модели над тем, когда, сколько и какие рецепторы и клубочки были активированы у мышей, позволил команде просеять многие переменные и определить, какие особенности запаха выделялись.
"Теперь, когда у нас есть модель для разбиения времени и порядка активации клубочков, мы можем исследовать вид рецепторов, необходимых обонятельной луковице для идентификации конкретного запаха", - говорит старший исследователь и нейробиолог исследования Дмитрий Ринберг, кандидат медицинских наук.
Ринберг, доцент Нью-Йоркского университета Langone и его Института нейробиологии, говорит, что человеческий нос, как известно, имеет около 350 различных видов обонятельных рецепторов, в то время как мыши, чье обоняние гораздо более специализировано, имеют более 1200.
"Наши результаты впервые определяют код того, как мозг преобразует сенсорную информацию в восприятие чего-то, в данном случае запаха", - добавляет Ринберг. "Это приближает нас к ответу на давний вопрос в нашей области о том, как мозг извлекает сенсорную информацию, чтобы вызвать поведение."
Ставьте лайк если вам понравилась данная статья и подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить новые выпуски.
Читайте также:
Сколько лет Земле и как ученые это выяснили?
Почему Covid-19 смертелен для одних, но безвреден для других?