Ученые разгадали, как мозг отличает похожие запахи

Вспомните запах апельсина, лимона и грейпфрута. Каждый имеет сильные кислые нотки, которые перемешиваются со сладкими. А ведь каждый свежий, яркий аромат отличается от своих родственников. Аромат этих плодов похож, потому что они имеют множество одинаковых химических соединений. Как же тогда головной мозг отличает их друг от друга? Как мозг запоминает сложные и зачастую дублирующие друг друга химические соединения в виде особого запаха?

Исследователи из Лаборатории в Колд Спринг Харбор (англ. Cold Spring Harbor Laboratory) использовали дрозофил, чтобы узнать, как мозг объединяет воедино несколько сигналов для распознавания одного уникального запаха. В работе, опубликованной в Nature Neuroscience, команда во главе с доцентом Гленном Тернером описывает, как группа нейронов в головном мозге дрозофил распознает несколько отдельных химических веществ, чтобы определить, или помнить каждый аромат по отдельности.

Обонятельная система плодовой мушки начинается в эквивалент нашего носа, где несколько нейронов распознают и реагируют на очень специфические химические вещества. Эти нейроны передают свои сигналы группам клеток, называемых вставочными нейронами или интернейронами. Далее, сигнал подвергается преобразованию, поскольку передается в тело нейронов в головном мозге мушки, называемых клетками Кеньона.

Клетки Кеньона имеют несколько очень больших выступов, которые захватывают интернейроны подобной когтю структурой. Каждый «коготь» клетки Кеньона плотно обернут только вокруг одного интернейрона, а это означает, что он получает сигнал только от одного типа входящего сигнала. В дополнение к своей уникальной структуре, клетки Кеньона отличаются своей избирательностью. Так как они избирательны, они активируются очень редко. Тем не менее, до недавнего времени было мало известно о том, что на самом деле заставляет их запустить сигнал.

Тернер и его коллега Эял Грунтман, который является ведущим автором в их новом исследовании, использовали ультрасовременную микроскопию, чтобы исследовать химическую ответную реакцию от нескольких «когтей» с одной клетки Кеньона. Они обнаружили, что каждый «коготь», даже на одной клетке Кеньона, отвечает на различные молекулы запаха. Дополнительные эксперименты с использованием света, чтобы стимулировать отдельные нейроны — метод, называемый Оптогенетика, показал, что отдельные клетки Кеньона активировались только тогда, когда одновременно стимулировали несколько «когтей». Это объяснило, почему они так редко активируются. Данная работа объясняет, как отдельные клетки Кеньона могут объединить несколько сигналов в мозге, чтобы «помнить» конкретную смесь химического вещества в виде одного, отличного аромата.

В следующем исследовании Тернер попытаться определить, «что управляет связанными когтями и насколько сильными эти связи являются». Это даст понимание того, как мозг определяет и объединяет воедино сочетание химических веществ, образующих особый запах.

Данное исследование было поддержано Watson School of Biological Sciences и Национальными институтами здравоохранения США (англ. US National Institutes of Health).