Nakloníš se. Inhalovat. Mozek rozhodne, zda je meloun zralý, nebo zda se již mléko pokazilo.
Myš dělá to samé, ale rychleji. I horečnatě.
Nový výzkum z Northwestern University ukazuje, že navzdory rozdílu v rychlosti jsou nervové mechanismy, které jsou základem tohoto procesu, téměř totožné. Nejde jen o kýchání. Jde o načasování.
Dvě publikace v časopise Science Advances odhalují, že způsob, jakým lidé a myši zpracovávají pachy, závisí na evolučně konzervovaném systému. Myši jsou schopny samostatně dýchat při vědomí. Lidé, přestože dýchají pomalu, generují stejné mozkové rytmy, jaké používají hlodavci při častém čichání.
Nejde jen o akademický zájem. To mění způsob, jakým se díváme na neurologický pokles.
Evoluční logika obecného čichu
Mozek vnímá čich spíše jako aktivní rozhodnutí než jako pasivní vjem.
Zvířata řídí tok molekul pachu. Oni diktují načasování. To je důležité, protože pokud nekontrolujete přicházející data, nekontrolujete ani data samotná.
Hlodavci jsou známí svou vysokofrekvenční rychlostí čichání. Lidé? Každých pár sekund se možná nadechneme. Ve srovnání s myšmi je to extrémně pomalé. Po mnoho let si vědci kladli otázku: jak může člověk identifikovat vůni tak rychle a přesně jako myš, když „vzorkuje“ vzduch desetkrát méně často?
Týmy Northwestern University přistoupily k této záhadě z opačných konců savčího stromu.
Jedna skupina studovala myši. Sledovali, jak berou jídlo, přinášejí si ho k nosu a mrznou. Tohle nebylo zběsilé popotahování. Byly to jednotlivé, úmyslné dechy.
Další skupina zaznamenávala signály přímo z lidských čichových bulbů. To jsou struktury, které přijímají první nervové signály z nosu.
Výsledky byly konzistentní. Načasování je stejné. Mechanismus je společný.
“Skutečná podobnost spočívá v tom, že jeden nádech… je to silná vůle; dělají to schválně.” — John M. Barrett, Northwestern University
Obratné jednotlivé nádechy u myší
Studie myší začala něčím, co byste mohli snadno přehlédnout.
Vědci pod vedením Gordona M. G. Shepparda použili robotický systém více kamer ke sledování volně se pohybujících myší. Hledali okamžiky, kdy zvířata mrzla a nosili jim potravu do nosu.
Místo obvyklého častého odběru vzorků se myši nadechly jen jednou pečlivě načasovaným nádechem.
Vypadalo to jako kontrola. Rychlá kontrola, než se rozhodnete kousnout.
Když se jídlo zdálo neatraktivní, dech se zhluboka nadechl. Ale samotný pach tento reflex nespustil. Pokud výzkumníci myším zavázali oči, stále se nadechovaly. Přestalo to až při potlačení činnosti motorického kortexu.
To dokazuje, že chování je spíše proaktivní než reflexivní. Myši vyberou se nadechnout.
“Ukazuje se, že myši se rozhodly provádět tyto rychlé ‘pachové testy’… spíše než aby byly pasivně stimulovány k čichání.” — Mang Gao
Je to poprvé, kdy bylo takovéto záměrné, nereflexivní čichání zdokumentováno u hlodavců při přirozeném hledání potravy. To odráží činnost osoby, která si přináší jídlo k nosu pro hodnocení.
Theta oscilace: signál lidského čichu
Zatímco myši používají časté čichání ke stimulaci čichového zpracování, lidé mají něco jiného.
Studie, kterou vedli Cristina Zelano a Andrew Sheriff, zaznamenala aktivitu v čichových bulbech dobrovolníků. Byli požádáni, aby se jednou vědomě nadechli.
Ten jediný nádech spustil nízkofrekvenční mozkové vlny. Theta oscilace. Konkrétně rytmy v rozsahu 2–8 Hz.
Jedná se o stejný frekvenční rozsah, který hlodavci používají při rychlém očichávání.
U myší dochází ke splynutí inhalace a vlny theta. Jsou prakticky k nerozeznání. Dýchání je rytmus.
Lidé dýchají pomaleji. Ale vlna theta přetrvává. Organizuje rychlejší výbuchy nervové aktivity v rámci jednoho dechu. Jeden pomalý nádech aktivuje několik vnitřních cyklů zpracování. Mozek oddělí data, analyzuje pach a udělá rozhodnutí – to vše během jediného nádechu.
Lidský mozek komprimuje stejnou časovou strukturu do pomalejší fyzické akce.
“U lidí je pomalejší tempo čichání odděluje [inspirace a oscilace theta], což odhaluje oscilace theta jako samostatný fenomén.” — Qiaohan Yang
To potvrzuje, že způsob, jakým lidé a myši zpracovávají pachy, se řídí stejnými vnitřními časovými okny, i když je fyzické provedení velmi odlišné.
Proč je to důležité pro detekci onemocnění
Pochopení zdravých čichových okruhů je jediný způsob, jak zjistit poruchy.
Změny v chování při čichání byly dlouho spojovány s neurodegenerativními onemocněními. Autismus, Alzheimerova choroba a Parkinsonova choroba všechny vykazují změny v čichových funkcích.
Pokud je základní neurální mechanika mezi druhy zachována, pak poruchy těchto společných rytmů mohou být časnými biomarkery patologie.
“Vědět, že máme tento evolučně konzervovaný soubor mechanismů, nám pomáhá pochopit…jak selhávají v patologii.” — Andrew šerif
Nezabýváme se dvěma samostatnými systémy. Díváme se na jeden starověký systém přizpůsobený různým frekvencím dýchání. Myši jej „rotují“ vysokou rychlostí. Lidé zpomalí, ale jádro motoru zůstanou nedotčené.
Tento obecný konstrukt naznačuje, že způsob, jakým shromažďujeme informace prostřednictvím čichu, je zásadně důležitý pro naše přežití jako savců. Řídí, co jíme, čemu se vyhýbáme a kdy se pohybujeme.
Myška drobečka kontroluje. Muž kontroluje meloun. O zbytek se postará mozek.
