Du beugst dich vor. Du atmest ein. Das Gehirn entscheidet, ob die Melone reif oder die Milch sauer ist.
Eine Maus erledigt das auch, allerdings schneller. Sogar hektisch.
Neue Forschungsergebnisse der Northwestern University legen nahe, dass die zugrunde liegende neuronale Maschinerie trotz des Geschwindigkeitsunterschieds nahezu identisch ist. Es geht nicht nur ums Schnüffeln. Es geht um das Timing.
Zwei in Science Advances veröffentlichte Studien zeigen, dass die Verarbeitung von Gerüchen durch Menschen und Mäuse auf einem evolutionär konservierten System beruht. Mäuse können einzelne, gezielte Schnüffelvorgänge ausführen. Obwohl Menschen langsam atmen, erzeugen sie dieselben Gehirnrhythmen, die Nagetiere beim schnellen Schnüffeln verwenden.
Das ist nicht nur akademische Neugier. Es verändert unsere Sicht auf den neurologischen Verfall.
Die evolutionäre Logik hinter der gemeinsamen Geruchswahrnehmung
Das Gehirn behandelt Gerüche als eine aktive Entscheidung, nicht als eine passive Aufnahme.
Tiere kontrollieren den Fluss von Geruchsmolekülen. Sie bestimmen den Zeitpunkt. Das ist wichtig, denn wenn Sie die Aufnahme nicht kontrollieren, haben Sie auch keine Kontrolle über die Daten.
Nagetiere sind für ihre schnelle Schnüffelgeschwindigkeit bekannt. Menschen? Wir schnüffeln vielleicht alle paar Sekunden einmal. Im Vergleich dazu ist es träge. Jahrelang fragten sich Wissenschaftler: Wie kann ein Mensch einen Geruch so schnell und präzise erkennen wie eine Maus, wenn er die Luft zehnmal langsamer aufnimmt?
Die Northwestern-Teams näherten sich diesem Rätsel von entgegengesetzten Enden des Säugetierbaums aus.
Eine Gruppe untersuchte Mäuse. Sie sahen zu, wie sie mit dem Essen umgingen, es an die Nase hoben und innehielten. Das waren nicht die hektischen Suchschnüffel. Es waren einzelne, bewusste Atemzüge.
Die andere Gruppe zeichnete direkt von menschlichen Riechkolben auf. Dies sind die Strukturen, die die ersten neuronalen Signale von der Nase empfangen.
Die Ergebnisse stimmten überein. Der Zeitpunkt ist derselbe. Der Mechanismus ist geteilt.
„Die wahre Ähnlichkeit ist dieses einzelne Schnüffeln … es ist gewollt; sie tun es mit Absicht.“ — John M. Barrett, Northwestern University
Geschicktes einzelnes Schnüffeln bei Mäusen
Die Mausstudie begann mit etwas, das man leicht übersehen würde.
Forscher unter der Leitung von Gordon M. G. Shepherd nutzten ein Robotersystem mit mehreren Kameras, um sich frei bewegende Mäuse zu verfolgen. Sie suchten nach Momenten, in denen die Tiere innehielten und sich Futter an die Nase hielten.
Anstelle der üblichen Schnellfeuer-Probenahme nahmen die Mäuse einen sorgfältig abgestimmten Atemzug.
Es sah aus wie eine Inspektion. Eine kurze Überprüfung, bevor Sie sich auf den Biss einlassen.
Wenn das Essen unsympathisch war, war der Geruch stärker. Aber der Geruch allein war nicht der Auslöser. Auch wenn die Forscher die Mäuse blind machten, schnüffelten sie trotzdem. Es hörte erst auf, als der motorische Kortex zum Schweigen gebracht wurde.
Dies beweist, dass das Verhalten proaktiv und nicht reflexiv ist. Die Mäuse beschließen zu schnüffeln.
„Es stellt sich heraus, dass sich die Mäuse dafür entscheiden, diese schnellen ‚Geruchsprüfungen‘ durchzuführen … anstatt passiv zum Schnüffeln angeregt zu werden. Mang Gao.“
Dies ist das erste Mal, dass ein solches absichtliches, nichtreflexives Schnüffeln bei Nagetieren während der natürlichen Nahrungssuche dokumentiert wurde. Es spiegelt den menschlichen Akt wider, Lebensmittel an die Nase zu halten, um sie zu bewerten.
Theta-Oszillationen: Das menschliche Geruchssignal
Während Mäuse schnelles Schnüffeln nutzen, um ihre Geruchsverarbeitung voranzutreiben, nutzen Menschen etwas anderes.
Die von Christina Zelano und Andrew Sheriff geleitete Humanstudie zeichnete die Aktivität im Riechkolben von Freiwilligen auf. Sie forderten die Teilnehmer auf, einen einzigen, bewussten Atemzug zu machen.
Diese einzelne Inhalation löste niederfrequente Gehirnwellen aus. Theta-Schwingungen. Konkret Rhythmen im Bereich von 2–8 Hz.
Dies ist genau der Frequenzbereich, den Nagetiere zum schnellen Schnüffeln nutzen.
Bei Mäusen sind das Schnüffeln und die Theta-Welle verschmolzen. Sie sind kaum zu unterscheiden. Die Atmung ist der Rhythmus.
Beim Menschen ist die Atmung langsamer. Aber die Theta-Welle bleibt bestehen. Es organisiert die schnelleren Ausbrüche neuronaler Aktivität innerhalb dieses einen Atemzugs. Ein langsames Einatmen aktiviert mehrere interne Verarbeitungszyklen. Das Gehirn teilt die Daten auf, analysiert den Geruch und trifft eine Entscheidung – alles innerhalb eines einzigen Atemzugs.
Das menschliche Gehirn komprimiert die gleiche zeitliche Struktur in eine langsamere körperliche Aktion.
„Bei Menschen zieht die langsamere Schnüffelfrequenz sie [Schnüffeln und Theta] auseinander, wodurch die Theta-Oszillation deutlich erkennbar wird.“ — Qiaohan Yang
Dies bestätigt, dass die Art und Weise, wie Menschen und Mäuse Gerüche verarbeiten, von denselben zugrunde liegenden Zeitfenstern bestimmt wird, auch wenn sich die physische Ausführung drastisch unterscheidet.
Warum dies für die Krankheitserkennung wichtig ist
Das Verstehen gesunder Geruchsschaltkreise ist die einzige Möglichkeit, zu erkennen, wann sie ausfallen.
Veränderungen im Schnüffelverhalten werden seit langem mit neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Bei Autismus, Alzheimer und Parkinson kommt es zu Veränderungen der Riechfunktion.
Wenn die zugrunde liegende neuronale Maschinerie artenübergreifend erhalten bleibt, könnten Störungen dieser gemeinsamen Rhythmen frühe Biomarker für die Pathologie sein.
„Zu wissen, dass wir über diese evolutionär nachteiligen Mechanismen verfügen, hilft uns zu verstehen … wie sie in der Pathologie versagen.“ Andrew Sheriff
Wir betrachten nicht zwei getrennte Systeme. Wir betrachten ein altes System, das an unterschiedliche Atemfrequenzen angepasst ist. Mäuse lassen es mit hohen Drehzahlen laufen. Menschen drosseln es, halten aber den Kernmotor intakt.
Dieses gemeinsame Design legt nahe, dass die Art und Weise, wie wir Informationen durch Gerüche sammeln, für unser Überleben als Säugetiere von grundlegender Bedeutung ist. Es bestimmt, was wir essen, was wir meiden und wann wir uns bewegen.
Die Maus prüft den Krümel. Der Mensch prüft die Melone. Den Rest erledigt das Gehirn.
