Для многих животных понимание беспорядка сенсорных стимулов часто является вопросом жизни или смерти в буквальном смысле.
Однако, как именно животные отделяют представляющие интерес объекты, такие как источники пищи или запах хищников, от исходной информации, остается в значительной степени неизвестным. Даже то, насколько животные могут различать такие различия, и то, как различия между запахами могут повлиять на процесс, было в значительной степени загадкой – до сих пор.
Новое исследование, описанное 3 августа в журнале Nature Neuroscience, группа исследователей под руководством Венкатеша Мурти, профессора молекулярной и клеточной биологии, показало, что, хотя мышей можно обучить обнаруживать специфические одоранты, содержащиеся в случайных смесях, их производительность постоянно падает. с увеличением фоновых компонентов. В команду входили Дэн Рокни, Викрант Капур и Вивиан Хеммелдер, все из Гарвардского университета.
"К нашим чувствам постоянно поступает непрерывный поток информации из самых разных источников," Мурти сказал. "Классическим примером может служить коктейльная вечеринка – хотя она может быть шумной и может быть много говорящих людей, мы можем сосредоточить свое внимание на одном человеке, игнорируя фоновый шум.
"То же верно и для запахов?" он продолжил. "Нас засыпают множеством запахов, все перемешаны. Можем ли мы выделить один запах "объект" – запах жасмина, например, среди множества других запахов? Наш опыт подсказывает нам, что мы действительно можем, но как выбрать те, на которые нужно обратить внимание, и каковы ограничения??"
Чтобы найти ответы на эти и другие вопросы, Мурти и его коллеги обратились к мышам.
После обучения мышей распознаванию определенных запахов исследователи представили животным комбинацию запахов, иногда включая запахи "цель" запах, иногда нет. Хотя предыдущие исследования предполагали, что животные плохо воспринимают отдельные запахи, и вместо этого воспринимали смесь как единый запах, их результаты показали, что мыши могли определять присутствие целевого запаха с точностью 85% или лучше.
"Хотя в целом мыши чувствуют себя хорошо, они становятся все хуже, когда увеличивается количество фоновых запахов," Мурти объяснил.
Однако понимание того, почему, означало сначала преодолеть проблему, связанную с обонянием.
Хотя взаимосвязь между визуальными стимулами относительно легко понять – различия в цвете можно легко описать как различия в длине волны света – такой системы не существует, чтобы описать, как два запаха связаны друг с другом. Вместо этого исследователи стремились описать запахи в зависимости от того, как они активируют нейроны в головном мозге.
Используя флуоресцентные белки, они создали изображения, которые показывают, как каждый из 14 различных запахов стимулирует нейроны в обонятельной луковице. По словам Мерти, они обнаружили, что способность мышей распознавать определенный запах заметно снижается, если фоновые запахи активируют те же нейроны, что и целевой запах.
"Каждый запах вызывает определенный пространственный паттерн нейронных реакций," Мурти сказал. "Когда пространственный рисунок фоновых запахов перекрывался с целевым запахом, мыши гораздо хуже обнаруживали цель. Таким образом, сложность выделения определенного запаха среди множества других запахов зависит от того, насколько фон мешает вашему целевому запаху. Итак, мы смогли дать нейронное объяснение того, насколько хорошо вы можете решить проблему коктейльной вечеринки.
"Это исследование интересно тем, что сначала показывает, что запахи не всегда воспринимаются как единый объект – их можно разбить на части," добавил он. "Возможно, это неудивительно – на самом деле есть специалисты по кофе или вину, которые могут обнаружить слабые запахи определенных элементов в сложной смеси вкусов в каждом кофе или вине. Но, проведя эти исследования на мышах, мы теперь можем лучше понять, как мозг это делает. Можно также представить, что понимание того, как это делается, также может позволить нам создать искусственные обонятельные системы, которые могут обнаруживать в воздухе определенные химические вещества, скрытые среди множества других запахов."