Co się dzieje, gdy poczujemy zapach róży? Jak nasz mózg przetwarza esencję swojego zapachu? Czy jest jak obraz – migawka migoczącej aktywności komórek – uchwycony w jednej chwili? Lub jak symfonia, ewoluujący zespół różnych komórek współpracujących ze sobą, aby uchwycić zapach? Nowe badania sugerują, że nasz mózg robi jedno i drugie.
„Odkrycia te ujawniają podstawową zasadę działania układu nerwowego, elastyczność w rodzaju obliczeń dokonywanych przez mózg w celu przedstawienia aspektów świata zmysłów” – powiedział dr Krishnan Padmanabhan, profesor neurologii i starszy autor badania. niedawno opublikowane w Cell Reports. „Nasza praca dostarcza naukowcom nowych narzędzi do ilościowego określania i interpretowania wzorców aktywności mózgu”.
Naukowcy opracowali model symulujący działanie wczesnego układu węchowego – sieci, na której opiera się mózg przy węchu. Stosując symulacje komputerowe, odkryli, że kluczową rolę odgrywa specyficzny zestaw połączeń, zwanych włóknami odśrodkowymi, które przenoszą impulsy z innych części ośrodkowego układu nerwowego do wczesnych obszarów czuciowych mózgu. Te włókna odśrodkowe działają jak przełącznik, przełączając się między różnymi strategiami, aby skutecznie reprezentować zapachy. Kiedy włókna odśrodkowe znajdowały się w jednym stanie, komórki w korze gruszkowatej – gdzie formuje się percepcja zapachu – opierały się na wzorcu aktywności w danej chwili. Gdy włókna odśrodkowe znajdowały się w innym stanie, komórki w korze gruszkowatej poprawiły zarówno dokładność, jak i szybkość, z jaką komórki wykrywały i klasyfikowały zapach, opierając się na wzorcach aktywności mózgu w czasie.
Procesy te sugerują, że mózg reaguje na zapachy na wiele sposobów. W jednej strategii mózg wykorzystuje migawkę, taką jak obraz lub zdjęcie, w danym momencie, aby uchwycić podstawowe cechy zapachu. W drugiej strategii mózg śledzi ewoluujące wzorce. Jest dostrojony do tego, które komórki włączają się, wyłączają i kiedy — jak symfonia.
Modele matematyczne, które opracowali naukowcy, podkreślają kluczową cechę układu nerwowego – nie tylko różnorodność pod względem składników tworzących mózg, ale także sposób, w jaki te składniki współpracują ze sobą, aby pomóc mózgowi doświadczać świata węchów. „Te matematyczne modele ujawniają krytyczne aspekty działania układu węchowego w mózgu i mogą pomóc w tworzeniu inspirowanych mózgiem sztucznych systemów komputerowych” – powiedział Padmanabhan. „Podejścia obliczeniowe inspirowane obwodami mózgu, takie jak ten, mogą poprawić bezpieczeństwo autonomicznych samochodów lub pomóc algorytmom widzenia komputerowego dokładniej identyfikować i klasyfikować obiekty na obrazie”.
Dodatkowi autorzy to Zhen Chen z University of Rochester. Badania zostały sfinansowane przez National Institutes of Health, National Science Foundation, Cystinosis Research Foundation oraz Del Monte Institute for Neuroscience na University of Rochester Pilot Program.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Centrum medyczne Uniwersytetu Rochester. Oryginał napisany przez Kelsie Smith Hayduk. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.