Искусство обоняния: чтобы понять запах, мозг рисует картину и руководит оркестром клеток

Что происходит, когда мы нюхаем цветы? Как наш мозг обрабатывает аромат? Похоже ли это на картину или снимок мерцающей активности клеток? Или это симфония ансамбля из различных молекул, работающих вместе, чтобы уловить запах? Новое исследование предполагает, что мозг делает и то, и другое.

Над этим вопросом человечество размышляло веками. И только совсем недавно ученые поняли этот процесс по-настоящему.

Всякий раз, когда мы что-то чувствуем, нос и мозг работают вместе, чтобы разобраться в сотнях крошечных молекул или химических веществ, которые плавают в воздухе. Когда мы нюхаем объект, молекулы достигают нёба, и нам легче почувствовать запах.

Внутри ноздрей, как и в мозге, тоже есть нейроны, которые «разговаривают» друг с другом, используя электрические сообщения. Крошечные клетки, называемые обонятельными нейронами, имеют длинные кабельные соединения, которые посылают электрические сообщения в переднюю часть мозга, где находится обонятельная луковица. Каждый такой нейрон соединяется с другим. Затем луковица отправляет информацию в другие области мозга.

Части мозга, которые получают эти сигналы, сохраняют воспоминания или вызывают эмоции. Вот почему некоторые запахи могут отбросить нас в детство или любой иной период жизни.

Вы когда-нибудь пытались определить, откуда исходит запах? Сделать это с заложенным носом довольно сложно. Тот факт, что у нас есть две ноздри, позволяет нашему мозгу обнаруживать небольшие различия в количестве молекул, которые достигают каждой из них, поэтому иногда мы можем идти по запаху, как собаки-ищейки.

Процесс того, как запахи воспринимаются носом и мозгом, схож у всех животных. Это работает и с насекомыми, у которых вместо ноздрей — специальные антенны.

Чтобы понять, как мозг обрабатывает запах, ученые разработали модель для имитации работы ранней обонятельной системы. Это сеть, на которую мозг опирается, когда мы нюхаем какой-то предмет. Используя компьютерное моделирование, исследователи обнаружили, что определенный набор соединений играет решающую роль.

Оказалось, что в процессе обоняния замешаны центробежные волокна, которые передают импульсы от других частей центральной нервной системы к ранним сенсорным областям мозга. Эти волокна действуют как переключатель между различными стратегиями для эффективного анализа запахов.

Ученые увидели, что мозг по-разному реагирует на обработку ароматов. В одной стратегии он использует моментальный снимок, который выглядит как картина или фотография, чтобы зафиксировать основные характеристики запаха. В другой стратегии мозг отслеживает развивающиеся паттерны. Он настраивается на то, какие клетки включаются, выключаются и когда именно. Другими словами, мозг руководит молекулами подобно дирижеру, чтобы добиться с их помощью поистине ароматной симфонии.

Результаты исследования раскрывают основной принцип нервной системы, а также гибкость в видах вычислений, которые мозг делает для того, чтобы представить осязаемый мир. Вычислительные подходы, вдохновленные схемами мозга, помогут алгоритмам компьютерного зрения более точно идентифицировать и классифицировать объекты на изображении.

━━━━━

Анастасия Дегтярева