Карту запахов нашли в пириформной коре
Нейробиологи выяснили, что соотношения между похожими запахами — карта запахов — определяются как в обонятельных луковицах, так и в пириформной коре мышей, причем схожим образом для разных особей. Кора перестраивает возникшую в луковицах карту, лучше кластеризует запахи и увеличивает точность кодирования при предварительном знакомстве с запахами. Статья опубликована в журнале Nature.
Мы можем отличить запахи апельсина и лимона и понять, что оба аромата относятся к цитрусовым. Но как карта запахов формируется в нашем мозге, неизвестно. Нейроны в обонятельном эпителии имеют различные наборы рецепторов и реагируют на свои запахи, а затем вразброс несут информацию в пириформную (первичную обонятельную) кору. В ответ на отдельные запахи в пириформной коре активируются пространственно не связанные нервные клетки. В итоге непонятно, как мозг из кажущихся случайными возбуждений выделяет связи между запахами, сопоставляет их и делит на группы.
Ученые из Италии и США под руководством Сандипа Роберта Датта (Sandeep Robert Datta) из Гарвардской медицинской школы исследовали реакцию на различные запахи нейронов второго (куда входят проекции) и третьего (ассоциативного) слоев пириформной коры мышей с помощью мультифотонной микроскопии. Нейробиологи воспользовались библиотекой запахов, для которой известны формулы всех веществ, и выбрали из нее три набора запахов (по 22 в каждом). В первом наборе были запахи разной структуры, распределенные в пространстве запахов, во втором — сгруппированные в шесть близких кластеров, в третьем — отличающиеся лишь длиной углеродной цепочки.
Активация и торможение нейронов третьего слоя в ответ на запахи была сильнее, чем для второго, и коррелировала для разных запахов: для первого набора корреляция была наименьшей, для второго соответствовала шести кластерам, а в третьем была периодичной — во всех трех случаев схожесть нейронной активности соответствовала химической природе запахов. Значит, в пириформной коре каким-то образом отражаются соотношения между запахами и их группами. Интересно, что по соотношению возбуждения нейронов на запахи разных групп у одной мыши можно было предсказать, как будет реагировать на те же запахи пириформная кора другой особи.
Чтобы понять, где именно кодируются соотношения запахов — в коре или обонятельной луковице (зоне первичной обработки информации от обонятельных рецепторов), — исследователи визуализировали активацию синапсов в первом слое пириформной коры, где аксоны обонятельных луковиц связываются с дендритами второго и третьего слоя.
Возбуждение в синапсах первого слоя коррелировало для схожих запахов — значит, карта запахов появляется уже в обонятельных луковицах. Однако нейроны луковицы были в основном чувствительны к длине цепи молекул, тогда как в пириформной коре были закодированы и соотношения между различными функциональными группами запахов. Таким образом, обонятельная кора перестраивает возникшую в обонятельной луковице карту и лучше отражает группировку схожих запахов. Интересно, что после предварительного знакомства со смесью запахов те кластеризовались в пириформной коре еще лучше, значит, кора может адаптироваться и изменять карту запахов в зависимости от опыта.
Результаты исследования объясняют, как мозг определяет схожие запахи (иными словами, почему ароматы лимона и апельсина кажутся нам похожими). Но остается не ясным, каким образом отдельные запахи приобретают субъективные свойства — то есть почему лимон пахнет лимоном — и почему разные люди (особи) чувствуют одни и те же запахи схожими, или почему лимон одинаково пахнет для всех.
Недавно мы писали о другом открытии, связанном с обонянием — ученые обнаружили, что у людей есть стереобоняние. Это значит, что мы чувствуем, с какой стороны пахнет сильнее и можем обнаружить направление источника запаха. Раньше считалось, что пространственное положение стимула может различать только зрение и слух.
Алиса Бахарева
Изучать на них магниторецепцию не получится
Исследователи из Великобритании и Германии на протяжении шести лет воздействовали суммарно почти на сто тысяч дрозофил магнитным полем и выяснили, что они не меняют свое поведение под действием этого поля и в целом никак на него не реагируют. Это опровергло результаты предыдущих экспериментов, где чувствительность мух к магнитному полю была доказана, — прошлые результаты ученые посчитали ложноположительными. Работа опубликована в Nature. Некоторые животные обладают магниторецепцией — например, перелетные певчие птицы мигрируют в основном по ночам и ориентируются по магнитному полю земли. Точно не ясно, как работает их внутренний компас, но основная гипотеза такая: в сетчатке из глаз есть криптохромы — светочуствительные белки, которые реагируют на магнитное поле, а в мозге — нейроны, которые обрабатывают информацию, поступающую с магниторецепторов сетчатки. Такую же способность ученые обнаружили и у летучих мышей. По некоторым данным, магнитное поле чувствуют и плодовые мушки дрозофилы (Drosophila). Криптохромы из их сетчатки реагировали на магнитное поле в экспериментах in vitro, а в других исследованиях [1, 2, 3] под действием магнитного поля их поведение менялось. Поэтому мух иногда используют как модельный организм, чтобы изучать магниторецепцию: геном дрозофил можно редактировать, и эксперименты над ними ставить проще, чем над птицами. Марко Бассетто (Marco Bassetto) из Ольденбургского университета имени Карла фон Осецкого и его коллеги из Великобритании и Германии решили проверить, на самом ли деле дрозофилы чувствительны к магнитному полю. Они воспроизвели несколько экспериментов на гораздо большей выборке и в более контролируемых условиях. Сначала они запустили мух в Т-образный лабиринт, к одному из рукавов которого было приложено магнитное поле с индукцией около 500 микротесла. Установку разместили в электромагнитно-экранированной камере в деревянном здании — в итоге фоновые радиочастотные поля сильно ослаблялись и не должны были повлиять на эксперимент. Дрозофил тестировали группами по 100 особей; предполагалось, что наивные мухи будут избегать рукава с магнитным полем (как это было в ранних экспериментах), а если научить их ассоциировать поле с наградой в виде сахарозы, то они станут предпочитать этот рукав. Однако ничего из этого не подтвердилось: и наивные, и обученные дрозофилы выбирали оба рукава с одинаковой частотой. А вот в контрольных экспериментах мухам удалось связать награду и запах. Всего ученые провели почти 1000 тестов и протестировали таким образом 97650 мух. Затем они поместили дрозофил в вертикальные пластиковые трубки, помещенные между двойными катушками. К одной из трубок было приложено магнитное поле с индукцией 500 микротесла, а к другой — нет. В таких трубках мухи обычно поднимаются, сопротивляясь земному притяжению, — это называется отрицательным геотаксисом (личинки некоторых насекомых, напротив, стремятся вниз, к земле). В предыдущих исследованиях под действием тусклого синего цвета и магнитного поля мухи поднимались медленнее. Здесь же ученые не обнаружили никакой разницы в скорости подъема мух в зависимости от наличия магнитного поля. Однако, как и в раннем эксперименте, под действием красного цвета дрозофилы поднимались медленнее, чем под действием синего (магнитное поле все еще не влияло). Затем ученые усовершенствовали экспериментальную установку и проверили в ней магнитные поля 0,90, 220 и 300 микротесла. Однако и тогда магнитное поле не влияло на скорость подъема насекомых. В предыдущих исследованиях также сообщалось, что магниточувствительность мух проявляется под действием более коротких волн света. Авторы проверили и это, но и здесь дрозофилы никак не реагировали. Авторы заключили, что дрозофилы, судя по всему, не способны ощущать магнитные поля околоземной силы (ниже 500 микротесла). А статистический анализ показал, что результаты ранних экспериментов были, вероятнее всего, ложноположительными: на это указывают небольшие выборки и низкая статистическая мощность. Таким образом, изучать магниторецепцию лучше на ночных мигрирующих певчих птицах. А ранее исследователи из Канады и США выяснили, что нейроны птиц, реагирующие на магнитное поле, активны только во время миграции. Во время ночного отдыха их активность снижается.