640
Люди й миші можуть використовувати дуже подібну «часову мову» мозку для обробки запахів, навіть якщо їхня поведінка під час нюхання виглядає зовсім по-різному. На це вказують два узгоджені дослідження команди Північно-Західного університету, про які розповідає SciTechDaily.
У мишей виявили особливий тип одноразового, навмисного вдиху, а в людей — мозкові ритми під час повільного вдиху, дуже схожі на ті, що спостерігають у швидко нюхаючих гризунів. Разом ці результати свідчать, що ссавці поділяють давню нейронну систему активного збору інформації через нюх.
Різні вдихи, спільний принцип роботи мозку
Нюх починається з дихання, але не є пасивним відчуттям. Тварини керують тим, коли й як вдихають, змінюючи потік молекул запаху в ніс і, відповідно, інформацію, яку отримує мозок.
Гризуни відомі частими, швидкими вдихами, тоді як люди дихають значно повільніше. Це породжувало давнє питання: як обидва види можуть розпізнавати запахи з подібною швидкістю й точністю, якщо «зразків» повітря за одиницю часу вони беруть так по-різному?
Дві групи дослідників підійшли до цієї загадки з протилежних боків. Одна вивчала, як миші узгоджують дихання й рухи під час огляду їжі. Інша безпосередньо реєструвала активність людської ольфакторної цибулини — структури мозку, що першою отримує сигнали від нюхових рецепторів.
Результати зійшлися: і в людей, і в мишей нюх спирається на спільну систему часової організації сигналів.
Навмисний «нюх-огляд» у мишей
Мишаче дослідження почалося з малопомітної деталі поведінки. Коли тварини брали їжу в лапи, вони іноді завмирали й підносили її до носа перед тим, як з’їсти. У цей момент замість звичного швидкого «нюхання» вони робили один чітко синхронізований вдих.
Команда лабораторії Гордона М. Г. Шеперда (Gordon M. G. Shepherd) створила роботизовану мультикамерну систему, яка стежила за вільно рухомими мишами під час пошуку й поїдання їжі. Дослідники одночасно реєстрували дихання, рухи голови та передніх лап.
Записи показали, що миші точно узгоджують один вдих із моментом, коли їжа торкається носа. Дихання, положення голови й рух лап зливаються в єдину скоординовану дію. Це відрізняється від повторюваного швидкого нюхання під час пошуку і більше нагадує короткий «огляд» — подібно до того, як людина підносить продукт до носа, щоб вирішити, чи варто його їсти.
Миші нюхали інтенсивніше, коли тримали менш привабливу їжу. Водночас сам запах не був єдиним пусковим фактором. Коли дослідники порушували нюх тварин, вони все одно продовжували виконувати цей одиничний «нюх-огляд». Поведінка зникала лише тоді, коли вчені пригнічували активність моторної кори — ділянки мозку, що керує довільними рухами.
Це означає, що миші не реагують рефлекторно на запах, а свідомо ініціюють короткий акт сенсорного «перевіряння». Автори зазначають, що це перше дослідження, яке документує навмисне, а не рефлекторне нюхання у гризунів під час природного пошуку їжі.
Як людський мозок встигає за повільним вдихом
Друга робота зосередилася на людському нюху. Команда лабораторії Крістіни Зелано (Christina Zelano) хотіла з’ясувати, як люди здатні так швидко розпізнавати запахи, хоча вдихають повітря більш ніж у десять разів повільніше, ніж гризуни.
Використовуючи мінімально інвазивний високоточний метод, розроблений у цій лабораторії, дослідники вимірювали активність ольфакторної цибулини в здорових добровольців під час одного навмисного вдиху. Цей одиничний вдих запускав низькочастотні мозкові хвилі — так звані тета-осциляції (2–8 Гц).
Частота цих хвиль збігалася з діапазоном, у якому гризуни здійснюють свої повторювані вдихи. Отже, людський мозок не потребує окремого вдиху для кожного циклу тета-ритму. Один повільний вдих може «запустити» кілька внутрішніх циклів обробки, даючи змогу швидко розділити й упорядкувати інформацію про запах у межах одного вдиху.
Тета-ритм також структурував швидші спалахи нейронної активності, пов’язані з детальним аналізом запаху. У гризунів дихання й тета-осциляції настільки тісно синхронізовані, що їх важко розділити. У людей повільніше дихання дозволяє побачити, що мозковий ритм може існувати незалежно від фізичного вдиху.
Таким чином, одна навмисна інгаляція в людей достатня, щоб увімкнути внутрішній часовий механізм, подібний до того, що працює в мишей під час серії швидких вдихів.
Нюх як активне рішення та можливий ключ до хвороб
Обидва дослідження підкреслюють: сприйняття запахів — це активний процес, який мозок конструює, а не просто пасивно приймає. Вдих — це не лише потік повітря в ніс, а дія, яку можна узгодити з рухами, увагою, очікуваннями й рішеннями.
Миші, схоже, «обирають» момент для цілеспрямованого нюх-огляду, а людський мозок використовує один вдих, щоб розгорнути швидку послідовність внутрішньої обробки запаху. Відмінності між видами, ймовірно, стосуються не стільки самої нейронної «апаратури», скільки способу її використання: миші проганяють спільну систему через часті вдихи, а люди стискають подібну часову структуру в повільніший вдих.
Ця еволюційно збережена система може мати важливе медичне значення. Зміни нюху й нюхальної поведінки пов’язують з аутизмом, хворобою Альцгеймера та Паркінсона. Краще розуміння того, як працюють здорові нюхові кола, допоможе вчасно помічати, коли вони починають давати збій.
Автори наголошують: знання про спільний еволюційний механізм нюху в ссавців дає ключ до того, як влаштований мозок загалом — і як саме його робота порушується при патологіях.
Дослідження показало спільний механізм нюху в людей і мишей з’явилася спочатку на Цікавості.
