Studie ovocných mušek odhaluje nervové obvody pro snímání příjemnosti nebo nepříjemnosti pachů

Vědci vedení Hokto Kazama v Riken Center for Brain Science (CBS) v Japonsku zjistili, jak zvířata cítí, zda věci voní příjemně nebo nepříjemně, jeden z schopností, které nám umožňují ocenit chuť potravin.

Studie ukazuje, že tyto různé pocity se počítají samostatnými obvody neuronů v mozku, ale ve skutečnosti nejsou protiklady. Nálezy byly Publikováno v časopise Buňka.

The slucho—OlfAction – je jedním z nejstarších smyslů, které mají své kořeny v chemických receptorech starověkých vodních obratlovců. U savců vstupují chemické molekuly ve vzduchu do nosu a nakonec se setkávají s chemickými receptory čichové neuronykteré pak posílají signály do mozku.

Protože existuje nespočet vzdušných molekul a protože pachy jsou často vyrobeny z kombinací několika molekul najednou, jednoduchý systém s jedním receptorem pro každý zápach nebyl během vývoje nikdy možností.

Místo toho jsou pachy kódovány tisíci překrývajícími se neurony, distribuovanými přes mozek, což umožňuje porozumění tomu, jak soudíme vůně velmi obtížné.

V takových situacích se vědci často dívají na zvířecí království Pro méně složité systémy, které stále fungují velmi podobně. Kazama a jeho tým zaměřili studium na čichový systém ovocné mušky, kde dokážou identifikovat každý čichový neuron a jeho spojení. Přesto jsou to tisíce neuronů a stovky tisíc spojení a zůstalo to vážnou výzvou.

K překonání této obtížnosti vědci vyvinuli metodu zaznamenávání aktivity všech neuronů v každé mozkové oblasti ovocné mušky kombinací dvoufotonových mikroskopie a značení optogenetických buněk. Postavili také Síťový model To reprodukuje aktivitu těchto neuronů na základě konektomu – propojení mezi všemi neurony v mozku – což bylo užitečné při pochopení obvodů, které jsou základem výpočtů.

Zjistili, že neurony v mozkové oblasti zvané boční roh představují vrozenou hedonickou hodnotu pachů, příjemné nebo nepříjemné. Model předpovídal, že nepříjemné pachy byly reprezentovány doplňujícím excitací neuronů přes laterální roh, zatímco příjemné pachy byly odvozeny z další lokální inhibice.

Nejvíce neočekávanějším výsledkem bylo, že příjemnost a nepříjemnost pachů se počítají v obvodech, které jsou nejen oddělené od sebe, ale také odlišné v motivech konektivity. To znamená, že z hlediska obvodu není „dobrý“ jen opak „špatného“.

Vědci byli schopni použít optogenetické nastavení k ověření předpovědí modelu, protože optogenetika umožňuje vědcům přesně vzrušit nebo inhibovat jednotlivé neurony podle svého výběru. Například, když model předpovídal, že umlčení určitého místního obvodu by způsobilo, že mouchy nelíbí zápach Že normálně považují příjemné, to je přesně to, co se stalo.

Protože čichový obvod je napříč zvířaty velmi podobný, může tato práce přispět k lepšímu pochopení lidského mozku.

Podle Kazamy „implementací mechanismů obvodu, které jsme objevili v kompaktním mozku mušky, můžeme být schopni více vyvinout Efektivní algoritmy stejně jako vysoce účinná AI inspirovaná mozku. “

„Náš vývoj síťového modelu založený na konektoru je skutečně krokem k vytvoření digitálního dvojče mozku, což je užitečné při předpovídání výstupu systému v různých kontextech.“