Мишките разпознават миризми за 50 милисекунди: ново откритие преобръща науката за обонянието

Мишките са способни да разпознаят дадена миризма още в рамките на първите 50 милисекунди след вдишването – и това става в обонятелната луковица на мозъка, а не в мозъчната кора. До този извод стига екип от NYU Langone Health в изследване, публикувано в списание "Nature Neuroscience". Резултатите поставят под съмнение утвърденото разбиране как бозайниците обработват сетивна информация и показват, че обонятелният център в мозъка извършва много по-сложни "изчисления", отколкото се е смятало досега.

Как работи времевото филтриране

Екипът, ръководен от Мюрсел Карадас (Mursel Karadas), PhD, се фокусира върху обработката на сигналите, които генерират милионите обонятелни сензорни неврони в носа на мишките. Тези неврони се свързват с групи от нервни окончания – клубчета (гломерули) – в обонятелната луковица, а оттам – с митралните и снопчестите клетки (МПК), които предават информацията по-нататък.

Изследователите установяват, че именно сигналите от гломерулите към МПК, възникващи в първите 50 милисекунди от дихателния цикъл, определят коя миризма "вижда" мозъкът на мишката. В процес, който учените наричат "времево филтриране", най-ранните активирани нервни сигнали едновременно идентифицират миризмата и потискат по-късните импулси – включително фоновия "шум" от други миризми.

При един и същ аромат се активира една и съща стартова конфигурация от сигнали, независимо от концентрацията на миришещото вещество. Това позволява на мишките да разпознават миризмата както при слаба, така и при силна интензивност, без да се объркват от промяната в силата на стимула.

"Нашите резултати поставят под въпрос фундаменталното схващане за обработката на сетивната информация при бозайниците – а именно, че тези мозъчни изчисления се извършват предимно в мозъчната кора", казва един от водещите автори, Дмитрий Ринберг, професор по невронаука в Медицинското училище "Гросман" на Нюйоркския университет. "Работата също така за първи път показва как мишките, а вероятно и хората, използват времево филтриране, за да различават миризми."

По-широк контекст и бъдещи приложения

Проучването става възможно благодарение на прецизната оптогенетика – метод, при който светлинни импулси се използват за активиране или потискане на конкретни неврони – и на нов тип микроскоп за картографиране на невронни вериги, разработен от Карадас. Уредът позволява на екипа да стимулира и проследява нервните сигнали във външните слоеве на обонятелната луковица с висока точност.

Съ-ръководителят на изследването, доцент Шай Шохам, директор на Института "Tech4Health" към NYU Langone Health, отбелязва, че получените резултати поставят принципни въпроси за ролята на мозъчната кора в обработката на сетивните сигнали. Той напомня, че и при зрението последните открития показват сходна картина: ретината в окото участва в разпознаването на обекти още преди сигналите да достигнат до кората.

По думите на Шохам концепцията за времево филтриране може да намери място и в изкуствения интелект, като ускори обработката на големи количества сетивна информация. Вместо сложни изчисления на по-късен етап, системите могат да се "учат" да разчитат на най-ранните и най-надеждни сигнали.

В следващи етапи екипът планира да изследва как времевото филтриране помага да се различават близки по характер миризми – например лимон и портокал. Подобни резултати биха могли да изяснят не само как работи обонянието при бозайниците, но и как мозъкът като цяло превръща бързите, шумни сигнали в ясни и стабилни възприятия.