Мозг и запахи: как устроено обоняние
Обонятельная система — это маленькая химическая лаборатория, «встроенная» в организмы животных. Она помогает им сориентироваться в химическом многообразии веществ вокруг без знания таблицы Менделеева. Сенсорные нейроны в носу обнаруживают молекулы запаха и передают сигналы обонятельной луковице, структуре в обонятельном мозге, где происходит первоначальная обработка. Обонятельная луковица затем отправляет информацию в грушевидную кору, основную структуру обонятельной коры, для более полной обработки.
Даже малые различия в химической структуре молекулы — несколько атомов углерода или кислорода — могут привести к кардинальным различиям в восприятии запаха. Поэтому, в отличие от зрительной и слуховой систем, входящие сигналы которых зависят от вполне понятных характеристик: длины волны света или частоты звука, обонятельная система сложно поддается описанию. Ученые давно пытаются понять, как мозг строит нейронные представления о строении молекул, передающих запахи.
Исследователи из Гарвардской медицинской школы начали разгребать хаос вопросов об обонянии с небольшого кусочка. В работе, опубликованной в журнале Nature, они выясняли, как мозг идентифицирует связанные, но отличные запахи, например, запах лимона и лайма. Для экспериментов команда собрала библиотеку запахов. Всю библиотеку ученые разбили на 3 большие группы: разнообразные, близкие и те запахи, незначительные отличия которых вызваны изменением длины углеродной цепи.
Лабораторным мышам давали «на пробу» различные комбинации запахов и следили за нейронной активностью в грушевидной коре и обонятельной луковице животных, используя многофотонную микроскопию. Эксперимент показал, что в мышином мозге возникали похожие нейрональные представления о запахах веществ с похожим химическим строением. Ученые полагают, что это позволяет мозгу распределять запахи по категориям.
Похожие запахи вызывали коррелированные нейронные паттерны как в грушевидной коре, так и в обонятельной луковице. Паттерны нейронной активности в коре были при этом более сгруппированы, чем в обонятельной луковице. В этом исследователи видят причину того, что разные мыши по‑своему воспринимали запах лимона, но каждая ощущала сходство между лимоном и лаймом. То есть мозг может по‑разному интерпретировать ощущения: кому-то запах лимона нравится, а кому-то нет;, но каким-то образом наш центральный «компьютер» умеет «считывать» истинную молекулярную структуру веществ, объединяя их в группы.
Результаты этого и подобных ему исследований однажды, подобно мозаике, сложатся в одну целую понятную картину. Ученые поймут механизм интерпретации запахов, и человечество получит устройство, способное добавлять запахи в искусственно воссозданную реальность или даже повседневное общение через мессенджеры.
