Ученые разметили карту вкусов в головном мозге человека
Ученые из США и Японии разметили «вкусовую кору» головного мозга человека. С помощью фМРТ-эксперимента, в ходе которого добровольцам необходимо было пробовать соленые, сладкие, горькие и кислые жидкости, они смогли разметить участки островковой доли и крышечки головного мозга, каждый из которых отвечает за определенный вкус. Авторы в статье, опубликованной в Nature Communications, отмечают, что «вкусовая кора» мозга человека устроена сложнее, чем у других животных.
Определение вкусов очень важно для живых организмов, так как помогает им отличить питательную пищу от потенциально опасной, а также той, которая может эффективно ускорить процесс обучения, влияя на систему вознаграждения головного мозга. К примеру, горький вкус для человека скорее будет ассоциироваться с каким-либо опасным для жизни продуктом, чем сладкий вкус, так как его имеют сравнительно небольшое количество продуктов, пригодных в пищу. За определение вкусов отвечает работа определенных рецепторов на вкусовых луковицах языка: например, за определение сладкого вкуса отвечают рецепторы, сопряженные с G-белками.
Разумеется, информация о вкусе определенной пищи обрабатывается и на уровне головного мозга: исследования на животных показывают, что в так называемую «вкусовую кору» головного мозга входит островковая доля и передняя крышечка (operculum), прилегающая к нижней лобной извилине. Тем не менее, исследований, которые показывали бы точное расположение участков мозга, отвечающих за определение вкусов у человека, до сих пор было проведено мало.
Восполнить недостающие исследования о «вкусовой коре» человека решили ученые под руководством Юничи Чиказое (Junichi Chikazoe) из Национального института физиологических исследований (Япония). В фМРТ-исследовании приняли участие 20 человек: перед началом эксперимента каждому из них предлагали попробовать жидкости с разными вкусами (соленый, сладкий, горький и кислый), которые отличались интенсивностью. Это было сделано для того, чтобы определить поведенческий порог определения вкуса для каждого человека.
Далее разные вкусовые жидкости участникам дали попробовать уже в сканере, а в качестве контрольного условия использовали жидкость без вкуса. С помощью этого ученым удалось разметить на фМРТ-снимках те участки, которые активируются для каждого вкуса по-отдельности.
Исследователи выяснили, что, как и у животных, во «вкусовую кору» мозга человека входит и крышечка, и островковая доля: активность этих участков была разной для каждого из представленных участникам вкусов.
В дополнительном эксперименте участникам также давали попробовать два варианта горького и сладкого: для первого использовали жидкость с разведенным в ней катехинами или хлоридом магния, а для второго — жидкость с глюкозой или сахарозой. В этом случае участки островковой доли активировались с разной интенсивностью в зависимости от того, насколько интенсивным был каждый из вкусов.
Авторы работы пришли к выводу, что «вкусовая кора» головного мозга человека устроена гораздо сложнее, чем у животных (например, грызунов): вместо того, чтобы одинаково воспринимать различные вкусы, отделы островковой доли также могут определять и их интенсивность, активируясь по-разному.
Помимо четырех базовых вкусов принято выделять еще и пятый — умами, вкус высокобелковых продуктов. Этот вкус многим продуктам дает пищевая добавка глутамат натрия, у которой, к сожалению, не самая хорошая репутация. Прочитать о ней подробнее вы можете в нашем материале «Умами и с чем его едят».
Елизавета Ивтушок
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.