فك العلماء رموز كيف يستشعر الدماغ الرائحة
قام العلماء أيضًا بفك تشفير كيفية إدراك أدمغة الثدييات للروائح وتمييز رائحة واحدة عن آلاف الروائح الأخرى.
في التجارب على الفئران ، قام باحثو كلية الطب بجامعة نيويورك غروسمان لأول مرة بخلق بصمة كهربائية ينظر إليها على أنها رائحة في مركز معالجة الروائح في الدماغ ، المصباح الشمي ، على الرغم من أن الرائحة غير موجودة.
ولأن إشارة محاكاة الرائحة كانت من صنع الإنسان ، يمكن للباحثين التلاعب في توقيت وترتيب الإشارات العصبية ذات الصلة وتحديد التغييرات الأكثر أهمية لقدرة الفئران على تحديد "الرائحة الاصطناعية" بدقة.
يقول الباحث الرئيسي في الدراسة ، إدموند تشونغ ، طالب الدكتوراه في جامعة نيويورك لانجون هيلث.: "في التعرف على الوجه ، على سبيل المثال ، يمكن للدماغ التعرف على الأشخاص بناءً على إشارات بصرية ، مثل العينين ، حتى بدون رؤية أنف أحدهم وأذنيه". "لكن هذه السمات المميزة ، كما سجلها الدماغ ، لم يتم العثور عليها بعد لكل رائحة."
تركز نتائج الدراسة الحالية ، المنشورة على الإنترنت في مجلة ساينس في 18 يونيو ، على اللمبة الشمية التي تقف خلف الأنف في الحيوانات والبشر. أظهرت الدراسات السابقة أن الجزيئات المنقولة في الهواء والمرتبطة بالروائح تحفز خلايا المستقبلات المبطنة للأنف لإرسال إشارات كهربائية إلى حزم نهاية العصب في المصباح تسمى الكبيبات ، ثم إلى خلايا الدماغ (الخلايا العصبية).
ومن المعروف أن توقيت وترتيب تنشيط الكبيبات فريد لكل رائحة ، كما يقول الباحثون ، مع إرسال الإشارات بعد ذلك إلى قشرة الدماغ ، والتي تتحكم في كيفية إدراك الحيوان للرد والتفاعل معها وتذكرها. ولكن نظرًا لأن الروائح يمكن أن تختلف مع مرور الوقت وتختلط مع الآخرين ، فقد كافح العلماء حتى الآن بدقة لتتبع بصمة رائحة واحدة عبر عدة أنواع من الخلايا العصبية.
بالنسبة للدراسة الجديدة ، صمم الباحثون التجارب بناءً على توفر الفئران المهندسة وراثيًا من قبل مختبر آخر حتى يمكن تنشيط خلايا الدماغ عن طريق تسليط الضوء عليها - وهي تقنية تسمى علم البصريات الوراثية. بعد ذلك قاموا بتدريب الفئران على التعرف على إشارة ناتجة عن التنشيط الخفيف لستة كبيبات - معروفة بأنها تشبه النمط الذي تثيره الرائحة - من خلال منحهم مكافأة الماء فقط عندما يرون "الرائحة" الصحيحة ويدفعون رافعة.
إذا دفعت الفئران الرافعة بعد تفعيل مجموعة مختلفة من الكبيبات (محاكاة رائحة مختلفة) ، فلن يتلقوا أي ماء. باستخدام هذا النموذج ، قام الباحثون بتغيير توقيت ومزيج الكبيبات المنشطة ، مشيرين إلى كيفية تأثير كل تغيير على إدراك الفئر كما ينعكس في السلوك: الدقة التي يعمل بها على إشارة الرائحة الاصطناعية للحصول على المكافأة.
على وجه التحديد ، وجد الباحثون أن تغيير أي من الكبيبات داخل كل مجموعة محددة للروائح تم تنشيطه أولاً أدى إلى انخفاض بنسبة 30 بالمائة في قدرة الفئر على استشعار إشارة الرائحة بشكل صحيح والحصول على الماء. جاءت التغييرات في الكبيبات الأخيرة في كل مجموعة مع انخفاض بسيط بنسبة 5 بالمائة في الاستشعار الدقيق للرائحة.
ويقول الباحثون إن توقيت تنشيط الكبيبات عمل معًا "مثل النغمات الموجودة في اللحن" ، مع تأخيرات أو انقطاعات في دقة "الملاحظات" المبكرة بدقة مهينة. إن التحكم الصارم في نموذجهم حول متى ، وعدد ، وأي مستقبلات وكبيبات تم تنشيطها في الفئران ، مكن الفريق من فحص العديد من المتغيرات وتحديد ميزات الرائحة البارزة.
"الآن لدينا نموذج لكسر توقيت وترتيب تنشيط الكبيبات ، يمكننا فحص الحد الأدنى لعدد ونوع المستقبلات التي يحتاجها المصباح الشمي لتحديد رائحة معينة" ، يقول الباحث الكبير وعالم البيولوجيا العصبية دميتري رينبرغ .، الأستاذ المساعد في جامعة نيويورك في لانغون ومعهد علم الأعصاب التابع لها ، أن الأنف البشري لديه 350 نوعًا مختلفًا من مستقبلات الرائحة ، في حين أن الفئران ، التي لديها حاسة شم أكثر تخصصًا ، لديها أكثر من 1200 نوعًا مختلفًا من مستقبلات الرائحة .
يضيف رينبرغ: "تحدد نتائجنا لأول مرة رمزًا لكيفية تحويل الدماغ للمعلومات الحسية إلى تصور لشيء ما ، وفي هذه الحالة رائحة". "هذا يجعلنا أقرب للإجابة على السؤال الطويل الأمد في مجالنا حول كيفية استخلاص الدماغ للمعلومات الحسية لاستحضار السلوك".
تم تقديم الدعم التمويلي للدراسة من قبل المعاهد الوطنية للصحة منحة R01 NS109961.
بالإضافة إلى تشونغ ورينبرغ ، فإن الباحثين الآخرين في جامعة نيويورك المشاركين في هذه الدراسة هم كريستوفر ويلسون ، الحاصل على درجة الدكتوراه ؛ وخشي شوهام ، الحاصل على درجة الدكتوراه. بالإضافة إلى تشونغ ورينبرغ ، فإن الباحثين الآخرين في جامعة نيويورك المشاركين في هذه الدراسة هم كريستوفر ويلسون ، الحاصل على درجة الدكتوراه ؛ وخشي شوهام ، الحاصل على درجة الدكتوراه
أقرأ أيضا:
إرسال تعليق