Расшифровка запаха: нейронный код определяет инстинктивные реакции на привлекательные или неприятные запахи.

С начала пандемии потеря обоняния стала одним из явных признаков COVID-19. Хотя у большинства людей обоняние восстанавливается в течение нескольких недель, другие могут обнаружить, что знакомые запахи искажаются. Кофе пахнет бензином; розы пахнут сигаретами; свежий хлеб пахнет протухшим мясом.

Это странное явление не только сбивает с толку. Он также представляет собой нарушение древних обонятельных схем, которые помогли обеспечить выживание нашего вида и других людей, сигнализируя о неизбежности награды (кофеин!) Или наказания (пищевое отравление!).

Ученым давно известно, что животные обладают врожденной способностью распознавать определенные запахи, чтобы избегать хищников, искать пищу и находить себе пару. Теперь, в двух связанных исследованиях, исследователи из Yu Lab Института медицинских исследований Стоуэрса показывают, как закодирована эта способность, известная как врожденная валентность. Результаты, опубликованные в журналах Current Biology и eLife , показывают, что наше обоняние более сложное и податливое, чем считалось ранее.

Наше нынешнее понимание того, как кодируются чувства, распадается на две противоположные точки зрения — теорию маркированных линий и теорию паттернов. Теория маркированной линии предполагает, что сенсорные сигналы передаются по фиксированной прямой линии, соединяющей вход с поведением. Теория паттернов утверждает, что эти сигналы распределяются по разным путям и разным нейронам.

Некоторые исследования подтвердили теорию маркированных линий у простых видов, таких как насекомые. Но доказательств за или против этой модели в системах млекопитающих не хватало, говорит Рон Ю, доктор философии, исследователь из Института Стоуэрса и автор отчетов. По словам Ю, если модель маркированной линии верна, то информация об одном запахе должна быть изолирована от влияния других запахов. Поэтому его команда смешала различные запахи и проверила их влияние на прогнозируемые врожденные реакции мышей.

«Это простой эксперимент», — говорит Цян Цю, доктор философии, исследователь лаборатории Yu и первый автор исследований. Цю смешивал различные комбинации запахов, которые были врожденными привлекательными (например, запах арахисового масла или мочи другой мыши) или вызывающими отвращение (например, запах гниющей пищи или моча хищника). Затем он представил эти смеси запахов мышам, используя устройство, специально разработанное для этой цели. Устройство имеет носовой конус, который может регистрировать, как часто мыши исследуют запах. Если мыши находят определенную смесь привлекательной, они несколько раз тыкают носом в конус. Если смесь вызывает у них отвращение, они любой ценой избегают использования носового конуса.

К своему удивлению, исследователи обнаружили, что смешивание разных запахов, даже двух привлекательных запахов или двух неприятных запахов, стирает врожденные поведенческие реакции мышей. «Это заставило нас задуматься, не было ли это просто случаем, когда один запах маскирует другой, что парфюмерная промышленность делает все время, когда разрабатывает приятные запахи для маскировки неприятных», — говорит Ю. Однако, когда команда исследовала активность нейронов обонятельной луковицы, которые реагируют на неприятные и привлекательные запахи, они обнаружили, что это не так.

Скорее, паттерны активности, которые представляли смесь запахов, разительно отличались от таковых для отдельных запахов. Очевидно, мозг мыши воспринял смесь как новую идентичность запаха, а не как комбинацию двух запахов. Это открытие подтверждает теорию паттернов, согласно которой сенсорный ввод активирует не только один нейрон, но и популяцию нейронов, каждый в разной степени, создавая паттерн или популяционный код, который интерпретируется как особый запах (моча койота! Беги!). Исследование было опубликовано 1 марта 2021 года в журнале Current Biology .

Но запрограммирован ли этот сложный нейронный код с самого рождения или на него могут повлиять новые сенсорные ощущения? Команда Ю исследовала этот вопрос, заставив замолчать сенсорные нейроны в раннем возрасте, когда мышам была всего неделя. Они обнаружили, что мыши, подвергшиеся манипуляциям, утратили врожденную способность распознавать привлекательные или неприятные запахи, что указывает на то, что обонятельная система все еще податлива в этот критический период развития.

Интересно, что исследователи обнаружили, что, когда они подвергали мышей в этот критический период воздействию химического компонента мочи рыси, называемого PEA, животные больше не избегали этого запаха в более позднем возрасте. «Поскольку мыши столкнулись с этим запахом, когда они еще были со своими матерями в безопасной среде, и обнаружили, что он не представляет опасности, они научились больше не бояться этого запаха», — говорит Ю. Это исследование было опубликовано 26 марта 2021 года в сети Интернет в eLife .