Smak ma znaczenie dla muszek owocowych, tak samo jak dla ludzi: podobnie jak ludzie, muchy mają tendencję do wyszukiwania i spożywania słodkich pokarmów oraz odrzucania pokarmów o gorzkim smaku. Jednak niewiele wiadomo na temat tego, jak słodkie i gorzkie smaki są reprezentowane przez obwody mózgu, które łączą wrażenia z zachowaniem.
W nowym badaniu opublikowanym w Current Biology naukowcy z Brown University opisali, w jaki sposób opracowali nową technikę obrazowania i wykorzystali ją do mapowania aktywności neuronalnej muszek owocowych w odpowiedzi na słodki i gorzki smak.
„Wyniki te pokazują, że sposób, w jaki mózgi much kodują smak jedzenia, jest bardziej złożony, niż się spodziewaliśmy” – powiedział autor badania Nathaniel Snell, który uzyskał tytuł doktora. w neurologii z Brown w 2021 roku i prowadził badania w ramach swojej pracy magisterskiej.
Równie ważna, jak odkrycia naukowców, jest zastosowana przez nich metoda, powiedział Gilad Barnea, profesor neurobiologii w Szkole Medycznej im. Warrena Alpert w Brown i dyrektor Centrum Neurobiologii Komórek i Obwodów w Carney Institute for Brain Science.
Aby dowiedzieć się więcej o procesach mózgowych, które rządzą reakcją much na wrażenia smakowe, Barnea, Snell wraz z grupą studentów i studentów z laboratorium Barnea opracowali nową technikę obrazowania zwaną „trans-Tango(aktywność)”. Jest to adaptacja trans-Tango, wszechstronnej technologii wynalezionej przez laboratorium Barnea, która służy do śledzenia obwodów neuronalnych w mózgu. Barnea powiedział, że trans-Tango (aktywność) przenosi wiedzę na nowy poziom, ujawniając, w jaki sposób określone neurony w obwodach reagują na bodźce.
Barnea wyjaśnił, że reakcja mózgu na bodźce jest jak przekaźnik: „kij” przechodzi z jednego neuronu do następnego, a następnie do następnego i tak dalej. Poprzednie techniki mogły zidentyfikować neuron z patyczkiem, ale nie kto dał patyk do tego neuronu.
„Trans-Tango (aktywność) pozwoliło nam selektywnie przyjrzeć się neuronom drugiego rzędu w obwodzie, dzięki czemu mogliśmy skupić się na tym, jak reagowały na słodkie i gorzkie smaki” – powiedział Barnea.
Ponieważ reakcja na słodki i gorzki smak jest tak różna, naukowcy oczekiwali, że aktywność neuronalna w obwodach pośredniczących w tych reakcjach również będzie całkowicie odmienna, powiedział. Ale trans-Tango (aktywność) ujawniło pewne nakładanie się aktywności neuronalnej już w neuronach drugiego rzędu w tych obwodach w odpowiedzi na oba smaki.
Barnea powiedział, że niektóre wyniki mogą pokazać, na przykład, skąd muchy wiedzą, że muszą unikać konkretnej zgniłej, trującej lub w inny sposób złej części pożywienia. Ogólnie powiedział, że wyniki badań podkreślają znaczenie wyrafinowanych i wyrafinowanych procesów smaku.
„Musisz pamiętać, że jedzenie lub karmienie to czynność, w której – niezależnie od tego, czy jesteś muchą, czy człowiekiem – nie możesz popełniać błędów” – powiedział. „Jeśli zjesz coś złego dla ciebie, może to być szkodliwe. Każdy, kto kiedykolwiek drogo zapłacił za zjedzenie złego małża, może to potwierdzić. Dlatego ważna jest umiejętność unikania pewnych pokarmów, a nawet niektórych obszarów lub części jedzenia dla przetrwania gatunku.”
Jedno odkrycie było szczególnie intrygujące dla Barnei nie ze względu na to, co mówiło o przetrwaniu, ale na to, co potencjalnie ujawniło na temat przyjemności. Neurony drugiego rzędu reagowały na gorzki smak nie tylko wtedy, gdy smaki były prezentowane, ale także wtedy, gdy je usuwano. Co zaskakujące, Barnea i jego koledzy odkryli pewne nakładanie się aktywności, gdy gorzki został usunięty, a podany słodki.
Barnea powiedział, że przypomniało mu to pojęcie „aponii”, co w starożytnej grece oznacza „brak bólu” i było uważane przez filozofów epikurejskich za szczyt przyjemności.
„Fakt, że widzimy neuron, który reaguje zarówno na usunięcie „złego” bodźca – gorzkiego smaku – jak i na prezentację „dobrego” bodźca – słodkiego smaku – biologicznie przypomina tę filozoficzną koncepcję, ” powiedział Barnea, który dodał, że przyszłe badania będą dalej badać tę odpowiedź.
Jeśli chodzi o to, dlaczego zmysł smaku owadów ma znaczenie dla ludzi, którzy mogą odczuwać smak w inny sposób, Barnea odniósł się do owadów, które uważają ludzi za szczególnie atrakcyjne: „Zrozumienie, co kieruje zachowaniami smakowymi i węchowymi, na przykład u komarów, jest bardzo ważne w nauce jak zmniejszyć ich wpływ na ludzi” – powiedział. „Nasze badanie może dodać jeden mały kawałek do tej dużej układanki”.
Badanie pokazuje, w jaki sposób pytanie badawcze może dać impuls do opracowania nowej techniki naukowej, która następnie może zostać wykorzystana do odpowiedzi na nowe pytania badawcze – i odwrotnie.
„Wierzymy, że trans-Tango (aktywność) może być użytecznym narzędziem nie tylko do badania, jak działa zmysł smaku, ale także do ogólnego zrozumienia obwodów neuronowych” – powiedział Snell. „Neurony czuciowe kodują wiele różnych rodzajów informacji o świecie, a ustalenie, w jaki sposób ta informacja jest przekazywana, przekształcana lub integrowana, gdy przemieszcza się z peryferyjnych do głębszych warstw obwodu nerwowego, jest centralną kwestią w neuronauce. Trans-Tango (aktywność) jest doskonale przygotowany, aby móc odpowiedzieć na takie pytania.”
Barnea potrzebował ponad 20 lat, aby opracować trans-Tango do punktu, w którym można go z powodzeniem stosować u muszek owocówek, ale tylko pięć lat zajęło zespołowi opracowanie i opublikowanie trans-Tango (aktywność) – i dodatkowe adaptacje obecnie trwają prace.
„Im częściej korzystamy z technologii, tym jest ona lepsza i tym więcej możemy się z niej nauczyć i tym więcej pytań możemy ją zastosować” – powiedział Barnea.
Badania były finansowane z grantów Narodowego Instytutu Zdrowia (R01DC017146, R01MH105368) oraz Narodowej Fundacji Nauki (DGE1058262).