Вынюхивая запах: как мозг организует информацию о запахи

Зрители и критики быстро пришел к выводу, что опыт вонял. Чревато техническими проблемами, смелл-о-Вижн была приготовлена и стало шуткой, что занимает уникальное место в истории развлечений. На флопе смелл-о-Вижн, однако, не удалось удержать предпринимателей от продолжая преследовать мечту доставка запахи для потребителей, особенно в последние годы, с помощью цифровых технологий ароматом.

Такие попытки порождают новостей, но мало успеха, отчасти из-за ограниченного понимания того, как мозг переводит химия запаха на восприятие запаха-явление во многом остается загадкой для ученых.

В исследовании нейробиологи из Гарвардской Медицинской школы теперь обеспечивает новый взгляд на тайны духов. Отчетность в природе на 1 июля, исследователи описывают впервые, как отношения между различными запахов кодируются в обонятельной коре, области мозга, ответственный за обработку запаха.

Осуществляя запахов, тщательно подобранных молекулярных структур и анализа нейронной активности в состоянии бодрствования мышей, команда показала, что нейронные репрезентации запаха в коре, отражающие химические сходства между запахами, что позволяет ароматы, чтобы быть помещены в категории мозгом. Более того, эти представления могут быть перепаяны на чувственные переживания.

Полученные данные свидетельствуют о нейробиологической механизм, который может объяснить, почему люди имеют общие, но высоко персонализированные опыт с запахом.

«Всех нас объединяет общее отсчета с запахами. Вы и я оба считаем, что лимон и лайм запах похож и согласен, что они имеют разный запах от пиццы, но до сих пор мы не знаем, как мозг организует такую информацию», — сказал старший автор исследования Роберт Сандип Датта, доцент нейробиологии в Блаватник институт, на корабле.

Полученные результаты открывают новые пути исследования, чтобы лучше понять, как мозг преобразует информацию о химии запаха в восприятии запаха.

«Это первая демонстрация того, как обонятельная кора кодирует информацию о то, что это ответственность, что это запах химии, фундаментальные сенсорные сигналы обоняния,» Датта сказал.

Вычислительной запах

Обоняние позволяет животным для идентификации химической природы мира вокруг них. Сенсорных нейронов в носу обнаружить молекулы запаха и передают сигналы в обонятельную луковицу, структуры переднего мозга, где происходит первичная обработка запаха. Обонятельная луковица, в первую очередь, передает информацию к коре головного мозга грушевидной, основная структура обонятельной коры, для более комплексной переработки.

В отличие от света или звука, легко стимулов контролируемой настройки такие характеристики, как частота и длина волны, это трудно, чтобы выяснить, как мозг создает нейронные репрезентации малые молекулы, которые передают запах. Часто, тонкие химические изменения — несколько атомов углерода атомы кислорода здесь или там … может приводить к существенным различиям в восприятии запаха.

Датта, наряду с исследования первого автора Стэн Pashkovski, научный сотрудник в нейробиологии, на корабле, и его коллеги подошли к этой задачи, сосредоточив внимание на вопросе о том, как мозг идентифицирует связанных, но различных запахи.

«Тот факт, что мы все думаем, что лимон и лайм запах, схожий означает, что их химический состав должны как-то вызвать аналогичные или связанные нейронные представления в нашем мозгу», — говорит Датта.

Для изучения, исследователи разработали подход к количественно сравнить запах химических веществ, аналогичных как различия в длине волны, например, могут быть использованы для количественного сравнения цвета света.

Они используют машинное обучение, чтобы посмотреть на тысячи химических структур известно, что запахи и проанализировали тысячи различных функций для каждой структуры, такие как количество атомов, молекулярного веса, электрохимические свойства и многое другое. В совокупности эти данные позволили исследователям систематически вычислить, как аналогичными или разные любой запах был относительно другой.

Из этой библиотеки, группа разработала три набора запахов: набор с большим разнообразием; длина с промежуточными разнообразии, запахи делятся на связанные кластеры; и один низкого разнообразия структур разнообразны, только нарастающее увеличение углеродной цепочки.

Они затем подвергаются мышей различных комбинаций запахов из разных наборов и использовать многофотонной микроскопии для моделей изображения нейронная активность в грушевидной коре и обонятельной луковице.

Предсказание запах

Эксперименты показали, что сходство в химии запахов были отражены сходства в нейронной активности. Сопутствующие запахи, производимые коррелированных моделей нейронов в грушевидной коре и обонятельной луковице, как измеряется перекрытий в нейронной активности. Слабо связаны запахи, напротив, производят слабо связанных моделей деятельности.

В коре, сопутствующие запахи привело к более решительно кластерных моделей нейронной активности по сравнению с узорами в обонятельные луковицы. Это наблюдение справедливо по отдельным мышей. Корковые представительства запах отношения были так хорошо коррелировали, что они могут быть использованы для прогнозирования личность протягивая запах в один клик, основанные на измерениях, сделанных в разных мышкой.

Дополнительные анализы выявили разнообразные химические свойства, такие как молекулярный вес и некоторые электрохимические свойства, которые были связаны с особенностями нервной деятельности. Сведения, почерпнутые из этих возможностей было достаточно прочным, чтобы предсказать кортикальной реакции на запах у одного животного на основе экспериментов с отдельным набором запахов в различных животных.

Исследователи также обнаружили, что эти нейронные представления были гибкими. Мышей неоднократно давали смесь из двух запахов, и с течением времени, соответствующих нейронных моделей этих запахов в коре стала более сильно коррелированы. Это происходило даже тогда, когда два запаха были разнородных химических структур.

Способность коры к адаптации была создана в часть сети нейронов, которые избирательно изменить запах отношения. Когда нормальная деятельность этих сетей был заблокирован, коры закодированных пахнет обонятельной луковицы.

«Мы представили два запаха, как будто они из одного источника и отметил, что мозг может перестраиваться для отражения пассивный обонятельный опыт», — сказал Датта.

Одна из причин, почему такие вещи, как запах лимона и лайма так, добавил он, скорее всего, потому, что животные одного вида имеют сходные геномы и, следовательно, сходство в восприятии запаха. Но каждый человек имеет индивидуальное восприятие, а также.

«Пластичность мозга могут помочь объяснить, почему запах, с одной стороны, инвариантные между людьми, а еще настраиваемый в зависимости от нашего уникального опыта», — сказал Датта.

В совокупности результаты исследования впервые продемонстрировали, как мозг кодирует отношения между запахов. По сравнению с относительно хорошо изученную зрительной и слуховой коры, до сих пор неясно, как обонятельная кора преобразует информацию о химии запаха в восприятии запаха.

Определение обонятельной коры карты похожие запахи теперь дает новые выводы, которые информируют усилия, чтобы понять и потенциально контролировать обоняние, По мнению авторов.

«Мы не полностью понимаем, как химические, но перевести восприятия», — говорит Датта. «Нет никакой компьютерный алгоритм или машины, которая будет принимать химическому строению и скажите нам, что это химическое будет пахнуть.»

«На самом деле построить эту машину и быть в состоянии когда-нибудь создать управляемую, виртуальную обонятельный мир для человека, мы должны понять, как мозг кодирует информацию о запахах», — сказал Датта. «Мы надеемся, что наши результаты являются шагом на этом пути».

Дополнительная авторов по теме исследования включают Iurilli Джулиано, Дэвид Бранн, Даниил Chicharro, Кристен Drummey, Кевин Фрэнкс и Стефано Панцери.

Исследование было поддержано Фондом Валле, Национальные институты здоровья (RO11DC016222, U19NS112953) и Симонс сотрудничества по глобальный мозг.