Ви нахиляєтесь. Вдихаєш. Мозок вирішує, чи стигла диня чи молоко вже зіпсувалося.
Миша робить те саме, але швидше. Навіть гарячково.
Нові дослідження Північно-Західного університету (Northwestern University) показують, що, незважаючи на різницю у швидкості, нейронні механізми, що лежать в основі цього процесу, майже ідентичні. Йдеться не просто про чхання. Йдеться про таймінг.
Дві публікації в журналі Science Advances виявляють, що спосіб обробки запахів у людей і мишей спирається на еволюційно консервативну систему. Миші здатні виконувати поодинокі усвідомлені вдихи. Люди, незважаючи на повільне дихання, генерують ті ж мозкові ритми, які гризуни використовують при частому обнюхуванні.
Це не просто академічний інтерес. Це змінює наш погляд на неврологічне згасання.
Еволюційна логіка загального нюху
Мозок сприймає нюх як активне рішення, а чи не пасивне сприйняття.
Тварини контролюють потік молекул запаху. Вони диктують таймінг. Це важливо, тому що якщо ви не контролюєте надходження даних, ви не контролюєте самі дані.
Гризуни відомі своїми високочастотними темпами обнюхування. Люди? Ми робимо, можливо, один вдих кожні кілька секунд. У порівнянні з мишами це вкрай повільно. Багато років вчені запитували: як людина може ідентифікувати аромат так само швидко і точно, як миша, якщо вона «пробує» повітря в десять разів рідше?
Команди Північно-Західного університету підійшли до цієї загадки з протилежних кінців mammalian дерева (дерева ссавців).
Одна група вивчала мишей. Вони спостерігали, як ті беруть їжу, підносять до носа та завмирають. Це не було гарячковим пошуковим обнюхуванням. Це були поодинокі, навмисні вдихи.
Інша група записувала сигнали безпосередньо з нюхових цибулин людини. Це структури, які приймають перші нейронні сигнали від носа.
Результати зійшлися. Таймінг однаковий. Механізм загальний.
«Істинна подібність полягає в цьому одному вдиху … він вольовий; вони роблять це навмисно». – Джон М. Барретт, Північно-Західний університет
Спритні поодинокі вдихи у мишей
Дослідження мишей почалося з того, що ви могли б легко пропустити.
Дослідники під керівництвом Гордона М. Г. Шеппарда використовували роботизовану систему з декількох камер для відстеження мишей, що вільно рухаються. Вони шукали моменти, коли тварини завмирали та підносили їжу до носа.
Замість звичайного частого семплювання миші робили один ретельно вивірений за часом вдих.
Це було схоже на інспекцією. Швидка перевірка перед тим, як зважитися на укус.
Коли їжа здавалася непривабливою, вдих був глибшим. Але тільки запах не запускав цей рефлекс. Якщо дослідники зав’язували очі мишам, вони все одно робили вдих. Він припинявся лише тоді, коли пригнічувалася активність моторної кори.
Це доводить, що поведінка є проактивною, а не рефлекторною. Миші вибирають робити вдих.
«Виявляється, миші самі вибирають виконання цих швидких «перевірок запаху»… замість пасивно стимулюватися до обнюхування». – Манг Гао
Це перший випадок, коли подібне навмисне нерефлекторне обнюхування було задокументовано у гризунів під час природного пошуку їжі. Це дзеркально відбиває дію людини, що підносить їжу до носа з метою оцінки.
Тета-вагання: сигнал людського нюху
Якщо миші використовують часті вдихи для стимуляції нюхової обробки, люди мають щось інше.
Дослідження під керівництвом Крістіни Зелано та Ендрю Шеріфа записувало активність у нюхових цибулинах добровольців. Їх просили зробити один усвідомлений вдих.
Цей єдиний вдих запустив низькочастотні мозкові хвилі. Тета-вагання. Саме, ритми діапазоні 2–8 Гц.
Це той самий частотний діапазон, який гризуни використовують при швидкому обнюхуванні.
У мишей вдих і тета-хвиля злиті. Вони практично невиразні. Дихання є ритмом.
У людей дихання повільніше. Але тета-хвиля зберігається. Вона організовує швидші сплески нейронної активності всередині цього одного вдиху. Один повільний вдих активує кілька внутрішніх циклів обробки. Мозок поділяє дані, аналізує запах і виносить рішення – все протягом одного вдиху.
Людський мозок стискає ту ж тимчасову структуру на більш повільну фізичну дію.
«У людей повільніший темп обнюхування поділяє їх [вдих і тета-вагання], виявляючи тета-коливання як окреме явище». – Цяохан Ян
Це підтверджує, що як і миші обробляють запахи, регулюється тими самими внутрішніми часовими вікнами, навіть якщо фізичне виконання сильно відрізняється.
Чому це важливо для виявлення захворювань
Розуміння здорових нюхових ланцюгів – єдиний спосіб помітити їхні збої.
Зміни у поведінці обнюхування давно пов’язані з нейродегенеративними захворюваннями. Аутизм, хвороба Альцгеймера і Паркінсона демонструють зміни в нюхової функції.
Якщо базова нейронна механіка консервативна між видами, то порушення у цих загальних ритмах може бути ранніми біомаркерами патологій.
«Знання те, що ми маємо цей еволюційно консервативний набір механізмів, допомагає нам зрозуміти… як вони дають збій при патології». – Ендрю Шериф
Ми маємо справу не з двома окремими системами. Ми дивимося одну стародавню систему, адаптовану під різні частоти дихання. Миші «крутять» її на високих оборотах. Люди знижують темп, але зберігають ядро двигуна цілим.
Ця загальна конструкція передбачає, що те, як ми збираємо інформацію через нюх, є фундаментально важливим для нашого виживання як ссавців. Вона спрямовує, що ми їмо, чого уникаємо і коли рухаємось.
Миша перевіряє крихту. Людина перевіряє диню. Мозок робить все інше.
