Исследователи попытались понять, почему одни запахи нам нравятся, а другие нет, изучая саранчу. С помощью серии экспериментов ученые проанализировали, как мозг саранчи реагировал на различные запахи и какое поведение проявлялось в ответ. Исследователи обнаружили, что саранча врожденно тяготеет к определенным запахам, например, запахам травы и банана, и отвергает другие. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature Communications.
Практическая значимость работы
Это исследование дает ценную информацию о том, как предпочтения организма могут ограничивать его способность к обучению, особенно в отношении времени вознаграждения.
Актуальность исследования
У каждого есть ароматы, которые ему нравятся, например, ваниль или кофе, и ароматы, которые не нравятся. Что делает одни запахи привлекательными, а другие нет?
Барани Раман (Barani Raman), профессор из Инженерной школы Маккелви Вашингтонского университета (McKelvey School of Engineering at Washington University) в Сент-Луисе, и Ришаб Чандак (Rishabh Chandak) изучали поведение саранчи и как нейроны в их мозгу реагировали на привлекательные и непривлекательные запахи, чтобы узнать больше о том, как мозг кодирует предпочтения и как он учится.
Раман много лет использовал саранчу для изучения основных принципов загадочного обоняния. Хотя у людей это скорее эстетическое чувство, у насекомых, включая саранчу, обонятельная система используется для поиска пищи и партнеров, а также для обнаружения хищников.
Нейроны в их антеннах преобразуют химические сигналы в электрические и передают их в мозг. Затем эта информация обрабатывается несколькими нейронными цепями, которые преобразуют сенсорные сигналы в поведение.
Раман и Чандак приступили к пониманию того, как формируются нейронные сигналы, вызывающие поведение, связанное с едой. Подобно слюнотечению собак и людей, саранча использует сенсорные придатки, расположенные рядом со ртом, называемые щупальцами, чтобы хватать пищу.
Захватывающее действие запускается автоматически при обнаружении некоторых одорантов. Одорантами ученые назвали вещества, вызывающие или не вызывающие у саранчи “аппетит”.
Раман и Чандак, получившие награду за диссертацию в области биомедицинской инженерии, использовали 22 различных запаха, чтобы понять, какие запахи саранча находит аппетитными, а какие нет.
Ее любимыми ароматами были те, которые пахли травой (гексанол) и бананом (изоамилацетат), а наименее любимыми были запахи миндаля (бензальдегид) и цитрусовых (цитраль).
Результаты исследования
«Мы обнаружили, что саранча реагировала на одни запахи, а не на другие, а затем разместили их в одном поведенческом измерении», — объясняет Раман.
Чтобы понять, что делает одни одоранты более привлекательными, а другие нет, учебные подвергали голодную саранчу воздействию каждого из запахов в течение четырех секунд и измеряли ее нервную реакцию.
Исследователи обнаружили, что набор пахучих веществ вызывал нейронные реакции, которые четко разделялись в зависимости от генерируемого ими поведения. Как нейронные ответы при предъявлении запаха, так и после его прекращения содержали информацию, касающуюся предсказания поведения.
«Кажется, существует простой подход, который мы можем использовать, чтобы предсказать, каким будет поведение», — добавляет Раман.
Интересно, что некоторые из саранчовых не реагировали ни на один из представленных запахов, поэтому Раман и Чандак хотели выяснить, смогут ли они научить их реагировать. Это было очень похоже на то, как Павлов дрессировал свою собаку с помощью колокольчика, за чем следовало пищевое вознаграждение. Ученые давали каждой саранче ароматизатор, а затем закуску травой в разные моменты времени после подачи запаха.
Исследователи обнаружили, что саранча связывает привлекательные запахи только с пищевым вознаграждением. Откладывая вознаграждение, они обнаружили, что саранчу можно научить задерживать свою поведенческую реакцию.
Кроме этого, ученые обнаружили, что обучение неприятным раздражителям заставляло саранчу больше реагировать на приятные. Чтобы объяснить это парадоксальное наблюдение, Раман и Чандак разработали вычислительную модель, основанную на идее о том, что информация, относящаяся к поведению, выделяется на самых ранних этапах сенсорного ввода в мозг.
Этой простой идеи было достаточно, чтобы объяснить, как в обонятельной системе саранчи может формироваться врожденное и приобретенное предпочтение пахучих веществ.
«Все это восходит к философскому вопросу: откуда мы знаем, что является положительным, а что отрицательным сенсорным опытом?» — заключил Раман. «Вся информация, полученная нашим сенсорным аппаратом, и ее отношение к нам должны быть представлены электрической активностью в мозгу. Похоже, что такая сортировка информации происходит, как только сенсорные сигналы поступают в мозг».
Авторы другого исследования утверждают, что насекомые могут принести пользу