Человеческий мозг обладает способностью распознавать и обрабатывать очень широкий спектр сенсорных стимулов, из которых он строит мысленное представление. Но меняются ли эти представления со временем? Можем ли мы научиться более эффективно классифицировать и интерпретировать стимулы?? Нейробиологи Женевского университета (UNIGE) пытались ответить на эти вопросы, изучая обонятельную систему млекопитающих.
Им удалось идентифицировать взаимодополняющую роль, которую играют два разных типа нейронов в обработке обонятельной информации, и различную реорганизацию мозга, которая происходит в зависимости от контекста. После того, как ранее была продемонстрирована возможность повышения способности различать похожие запахи путем регулирования ингибирования определенных нейронных сетей, ученые теперь объясняют, почему мозг должен использовать различные типы клеток для формирования, поддержания и изменения представления запахов. Фактически, именно их сочетание позволяет нам распознавать и различать похожие запахи. Узнайте больше о результатах исследования в журнале Neuron.
В обонятельной луковице млекопитающих сосуществуют два типа нейронов: митральные клетки и тафтинговые клетки. Они оба получают одни и те же сенсорные стимулы от носа, но затем пересылают информацию в две разные области коры головного мозга. Почему эта очевидная избыточность? Играют ли эти два типа клеток одинаковую роль в построении мысленных представлений об запахах?? Исследованием UNIGE руководили Алан Карлтон (профессор кафедры фундаментальных нейронаук медицинского факультета) и Иван Родригес (профессор кафедры генетики и эволюции факультета естественных наук). "Мы хотели понять, как представление запахов и способность различать меняются с течением времени," объяснил профессора. "Всегда ли задействованные нейроны одинаковы?? Можем ли мы изменить представления? Мы использовали новые методы флуоресцентной микроскопии для точной визуализации уровней активности нейронов у мышей, подвергшихся воздействию различных запахов в течение нескольких дней. Затем мы смогли наблюдать, было ли представление стабильным в данной популяции клеток."
Первые наблюдения, сделанные учеными, показали, что во время последовательного пассивного воздействия различных запахов мозг каждый раз реорганизует себя, почти как видя один и тот же объект под немного другим углом. Короче говоря, восприятие остается стабильным – банан по-прежнему пахнет бананом, – но в мозгу это восприятие регулируется сотовыми сетями, которые постоянно меняются. Кроме того, митральные клетки и тафтинговые клетки одинаково реагируют на запахи. Отсутствие существенной разницы, вероятно, отражает тот факт, что они получают одинаковые стимулы.
Ячейки, специализирующиеся на обучении
"Но мы не остановились на этом," говорит д-р Ёсиюки Ямада, соавтор исследования. "Мы проводим наших мышей через процесс активного обучения, чтобы увидеть, развиваются ли эти представления, когда мы учимся распознавать разницу и различать запахи. Мыши получали награду, когда им удавалось различать похожие, но не идентичные запахи." Как и ожидалось, ученые отметили реорганизацию мозга во время учебной деятельности. Когда животные научились различать запахи, представления в митральных клетках стали более дифференцированными. "Но, к нашему большому удивлению, хохлатые клетки не продемонстрировали никаких изменений, связанных с обучением," добавляет доктор Халил Бхаукауралли, соавтор исследования.
Митральные и тафтинговые клетки ведут себя по-разному, но только во время активного обучения. Несмотря на то, что они получают одну и ту же информацию, то, что они делают с ней, в конечном итоге отличается. Цена, уплаченная за различение, состоит в том, что часть исходного представления теряется. Таким образом, митральные клетки действуют на разделение репрезентаций, что важно для различения похожих запахов, в то время как пучковые клетки, по-видимому, играют противоположную роль в поддержании сходства, которое позволяет им связывать запах с группой запахов, которые они уже знают. "Когда вы нюхаете вино, вы знаете, что это вино, и эту работу выполняют хохлатые клетки," указывает Алан Карлтон. "Но со временем вы сможете различать тонкие различия благодаря митральным клеткам. Комбинированное действие митральных и тафтинговых клеток позволяет вам различать запахи в долгосрочной перспективе."