Експериментите на Павлов върху скакалци предоставят нови улики за това как обонянието работи в мозъка

Скакалец, намерен във Флорида. (D E N I S A X E R Фотография/Гети изображения)

От аромата на варенето кафе към миризма на дъжд, накисващ почвата , разграничаването на аромати е една от причините обонянието да е прекрасно.

Но как миризми като кафе могат да бъдат разбрани от мозъка ни, независимо от сезона, местоположението или времето, е сложен въпрос, на който трябва да се отговори. Има огромен брой неврони, изграждащи нашата обонятелна луковица, за да ни помогнат да разберем ароматите около нас.

И така, изследователите се обърнаха към един малко вероятен съюзник – скакалци – за да разберат как миризми като кафе винаги миришат на кафе, въпреки безброй други миризми или други фактори на околната среда, които потенциално пречат.

„Този ​​подвиг на разпознаване на образи, който все още е труден за постигане в системите за изкуствени химически сензори, се извършва от повечето сензорни системи за тяхното оцеляване“, екипът от Вашингтонския университет в Сейнт Луис пише в новия си документ.

„Как се постига тази способност?“

Екипът първо направи версия на Павлово обуславяне на респондента върху насекомите, по-специално американски скакалец ( американска шистоцерка ). Те поставиха „одорант“ до антените на гладните скакалци (така миришат скакалците) и след това ги нахраниха с храна за награда. Това накара външните усти на скакалците – наречени максиларни палпи – да се отворят, които изследователите боядисаха в зелено за по-лесно гледане.

След няколко цикъла на това кондициониране, скакалците отварят максиларните си палпи, след като само помиришат аромата, без да се изисква храна. Този отговор означава, че скакалците са разпознали аромата, което очевидно е важна първа стъпка.

Докато скакалците носеха малки сензори, които наблюдаваха невронната активност, екипът след това провери дали скакалците могат да уловят една и съща миризма при различни условия, като сухо или влажно или променящи се интервали. Докато палпите на скакалците се отваряха всеки път, невроните се активираха по непоследователни модели в зависимост от обстоятелствата.

'Невронните реакции бяха силно променливи,' каза един от екипа, биомедицинският инженер Барани Раман.

„Това изглежда противоречи на поведението на скакалците.“

След това изследователите въведоха машинно обучение за да определи какво се случва. Бързо стана ясно, че има редица „ВКЛЮЧЕНИ“ неврони, които се включват, когато има аромат, и „ИЗКЛЮЧЕНИ“ неврони, които се включват, когато ароматът изчезне. Но не е необходимо да са перфектни, за да работят.

Мозъкът на скакалеца се нуждаеше само от приблизителното количество ON неврони, които са включени и OFF неврони, които са изключени, за да разбере, че миризмата е налице, с пространство за мърдане, за да се бори с всякакви промени за различните условия, които биха променили миризмите.

Въпреки че не можем да свържем тези открития директно с хората, изучаването на такива реакции в рамките на по-прост животински модел като тези насекоми може да ни помогне да разберем по-добре някои от основите на това как обонятелните системи работят като цяло.

В този случай сега имаме модел за това как една невронна система може да открие специфична миризма сред какофония от други и замъгляващи фактори на околната среда.

Можете да видите повече за това във видеото по-долу.

Разбира се, не можем да вземем твърде много от това изследване, за да го свържем с много по-големите обонятелни луковици на хората, но това е завладяващо изследване. Надяваме се, че с повече проучвания можем да стигнем до дъното на това как мозъците ни могат да разберат изобилието от миризми, от които сме заобиколени и в ежедневието си.

Изследването е публикувано в PNAS .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.