Оказывается, даже крохотные плодовые мушки способны дать науке ценные подсказки о том, как формируются наши предпочтения во вкусе и запахах. Учёные из Центра изучения мозга (CBS) RIKEN в Японии совершили значимый прорыв в понимании того, каким образом живые существа различают приятные и неприятные запахи, что напрямую связано с нашей способностью наслаждаться едой и получать от неё удовольствие. Их работа не только продвигает вперёд нейронауку, но и вдохновляет на создание новых технологий, учитывающих тонкости нейронной обработки информации.
Тонкая настройка обоняния: от древних рыб до современных млекопитающих
Обоняние — древняя сенсорная система, формировавшаяся ещё у первых позвоночных в водной среде. Сегодня у млекопитающих этот орган работает столь же сложно: мельчайшие молекулы из воздуха поступают в полость носа, активируют специальные рецепторы, после чего информация по цепочке поступает к специализированным участкам головного мозга. Каждый запах — это сложный ансамбль молекул, и, несмотря на фантастическое разнообразие этих сочетаний, наш мозг научился обрабатывать их без единого универсального рецептора, используя тысячи разных обонятельных нейронов. Такая сложная архитектура долгое время затрудняла понимание того, каким образом мы получаем субъективные впечатления от запаха и вкуса.
Плодовая мушка: идеальная модель для изучения работы мозга
Чтобы распутать сложный клубок нейронных взаимосвязей, исследователи обратились к миниатюрной плодовой мушке. Именно у неё эксперты смогли чётко идентифицировать структуры, отвечающие за восприятие запахов. Мозг мушки, хотя и состоит из тысяч нейронов и сотен тысяч связей, считается более доступным для всестороннего анализа. Применив прогрессивную двухфотонную микроскопию и яркую оптогенетическую маркировку, специалисты получили возможность регистрировать сигналы сразу со всех нейронов в конкретных зонах мозга. Более того, они создали высокоточную сетевую модель, имитирующую работу реального мозга на основе карт нейронных путей (коннектома). Такой подход позволил вывести новые принципы организации мозговых центров, отвечающих за восприятие запахов.
Нейронные схемы удовольствия и отвращения
Широчайшие исследования позволили открыть удивительный факт: раздел мозга, называемый латеральным коленчатым телом, специализируется на врождённом определении, приятен или неприятен запах. Ещё интереснее оказалось то, что сигналы удовольствия и отвращения обрабатываются разными нейронными цепями, которые не просто отделены друг от друга, но и имеют собственные уникальные схемы связей. Это опровергает привычное мнение о том, что хорошее и плохое — это крайние точки одной оси восприятия. На самом деле мозг воспринимает их как нечто различное по своей природе: «приятное» и «неприятное» формируются по отдельным алгоритмам, а не являются зеркальным отражением друг друга.
Проверка гипотез с помощью оптогенетики
Чтобы подтвердить результаты моделирования, специалисты использовали современные достижения оптогенетики — инновационной методики, позволяющей с высокой точностью включать или блокировать активность отдельного нейрона. С помощью таких опытов удалось доказать: если заблокировать определённые нейронные контуры, то привычно привлекательный для мушки запах внезапно становится ей неприятен. Таким образом, эксперименты продемонстрировали — нейронные цепи действительно определяют, нравится ли запах животному или нет, а субъективная оценка может меняться в зависимости от работы этих цепей.
Значение результатов для будущих технологий и медицины
Обнаруженные механизмы не только проливают свет на то, как возникает субъективная оценка запахов, но и расширяют наше понимание принципов работы головного мозга вообще. Сходные архитектуры сенсорных систем у различных видов животных свидетельствуют о возможной универсальности обнаруженных закономерностей. Эти открытия открывают перед наукой и технологиями новые горизонты: разработчики уже устремляют взгляд к созданию эффективных алгоритмов восприятия для искусственного интеллекта, ориентируясь на «мозг» простой мушки. Создание цифровых двойников мозга — один из будущих инструментов для прогноза работы целых систем и разработки новых методов диагностики и лечения заболеваний нервной системы.
Плодовые мушки — надёжные помощники в больших научных открытиях
Таким образом, миниатюрные плодовые мушки продолжают удивлять мир: благодаря им мы раскрываем фундаментальные принципы, лежащие в основе наших ощущений и решений. Их «скромный» мозг помогает человечеству не только глубже понять себя, но и шаг за шагом создавать умные технологии, готовые сопровождать наше будущее. Перспективы, которые открываются перед наукой и человеком благодаря таким исследованиям, безграничны — и поиск новых ответов продолжается с ещё большим оптимизмом и энтузиазмом.
Источник: scientificrussia.ru
