Je leunt naar voren. Je ademt in. De hersenen beslissen of de meloen rijp is of dat de melk zuur is.
Een muis doet dit ook, maar dan sneller. Verwoed zelfs.
Nieuw onderzoek van de Northwestern University suggereert dat ondanks het snelheidsverschil de onderliggende neurale machinerie vrijwel identiek is. Het gaat niet alleen om snuffelen. Het gaat om timing.
Uit twee onderzoeken gepubliceerd in Science Advances blijkt dat hoe mensen en muizen geuren verwerken afhankelijk is van een evolutionair geconserveerd systeem. Muizen kunnen enkele, opzettelijke snuiven uitvoeren. Mensen genereren, ondanks dat ze langzaam ademen, dezelfde hersenritmes die knaagdieren gebruiken bij snel snuiven.
Dit is niet alleen academische nieuwsgierigheid. Het verandert de manier waarop we naar neurologische achteruitgang kijken.
De evolutionaire logica achter gedeelde reukzin
De hersenen beschouwen geur als een actieve beslissing, niet als een passieve ontvangst.
Dieren controleren de stroom van geurmoleculen. Zij dicteren de timing. Dit is belangrijk, want als u geen controle heeft over de inname, heeft u ook geen controle over de gegevens.
Knaagdieren staan bekend om hun snelle snuffelsnelheid. Mensen? We snuiven misschien elke paar seconden één keer. In vergelijking is het traag. Jarenlang vroegen wetenschappers zich af: hoe kan een mens een geur net zo snel en nauwkeurig identificeren als een muis als hij de lucht tien keer langzamer bemonstert?
De Northwestern-teams benaderden deze puzzel vanaf de tegenoverliggende uiteinden van de zoogdierboom.
Eén groep bestudeerde muizen. Ze keken hoe ze met voedsel omgingen, het naar hun neus brachten en even pauzeerden. Dit waren niet de verwoede zoektochten. Dit waren enkele, doelbewuste ademhalingen.
De andere groep nam rechtstreeks op via menselijke reukbollen. Dit zijn de structuren die de eerste neurale signalen van de neus ontvangen.
De resultaten kwamen samen. Het tijdstip is hetzelfde. Het mechanisme wordt gedeeld.
“De echte gelijkenis is dit enkele snuiven… het is vrijwillig; ze doen het met opzet.” – John M. Barrett, Northwestern Universiteit
Behendig enkelvoudig snuiven in muizen
Het muizenonderzoek begon met iets dat je gemakkelijk zou missen.
Onderzoekers onder leiding van Gordon M.G. Shepherd gebruikten een robotsysteem met meerdere camera’s om vrij bewegende muizen te volgen. Ze zochten naar momenten waarop de dieren pauzeerden en voedsel naar hun neus brachten.
In plaats van de gebruikelijke snelle bemonstering haalden de muizen één zorgvuldig getimede ademhaling.
Het leek wel een inspectie. Een snelle controle voordat je aan de beet begint.
Als het eten onaantrekkelijk was, was de snuif sterker. Maar geur alleen veroorzaakte het niet. Als onderzoekers de muizen verblindden, voerden ze nog steeds het snuffelen uit. Het stopte pas toen de motorische cortex tot zwijgen werd gebracht.
Dit bewijst dat het gedrag proactief is en niet reflexief. De muizen kiezen om te snuiven.
“Het blijkt dat de muizen ervoor kiezen om deze snelle ‘geurcontroles’ uit te voeren… in plaats van passief te worden getriggerd om te snuffelen. Mang Gao
Dit is de eerste keer dat dergelijk opzettelijk, niet-reflexief snuiven is gedocumenteerd bij knaagdieren tijdens natuurlijk foerageren. Het weerspiegelt de menselijke handeling van het naar de neus brengen van voedsel om het te beoordelen.
Theta-oscillaties: het menselijke geursignaal
Als muizen snelle snuiven gebruiken om hun reukverwerking te stimuleren, gebruiken mensen iets anders.
De menselijke studie, geleid door Christina Zelano en Andrew Sheriff, registreerde activiteit in de reukbollen van vrijwilligers. Ze vroegen de deelnemers om één keer opzettelijk adem te halen.
Die enkele inademing veroorzaakte laagfrequente hersengolven. Theta-oscillaties. In het bijzonder ritmes in het bereik van 2–8 Hz.
Dit is het exacte frequentiebereik dat knaagdieren gebruiken voor snel snuffelen.
Bij muizen zijn de snuif en de thetagolf versmolten. Ze zijn bijna niet van elkaar te onderscheiden. Ademen is het ritme.
Bij mensen is de ademhaling langzamer. Maar de thetagolf houdt aan. Het organiseert de snellere uitbarstingen van neurale activiteit binnen die ene ademhaling. Eén langzame inademing activeert verschillende interne verwerkingscycli. Het brein verdeelt de gegevens, analyseert de geur en neemt een beslissing – en dat allemaal binnen één ademteug.
Het menselijk brein comprimeert dezelfde temporele structuur tot een langzamere fysieke actie.
“Bij mensen trekt de langzamere snuifsnelheid hen [snuiven en theta] uit elkaar, waardoor de theta-oscillatie duidelijk zichtbaar wordt.” – Qiaohan Yang
Dit bevestigt dat hoe mensen en muizen geuren verwerken wordt bepaald door dezelfde onderliggende tijdvensters, zelfs als de fysieke uitvoering drastisch verschilt.
Waarom dit belangrijk is voor ziektedetectie
Het begrijpen van gezonde geurcircuits is de enige manier om te ontdekken wanneer ze falen.
Veranderingen in het snuffelgedrag worden al lang in verband gebracht met neurodegeneratieve aandoeningen. Autisme, de ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson vertonen allemaal veranderingen in de reukfunctie.
Als de onderliggende neurale machinerie over de soorten heen behouden blijft, kunnen verstoringen in deze gedeelde ritmes vroege biomarkers voor pathologie zijn.
“Wetende dat we deze evolutionaire nadelen hebben, helpt ons te begrijpen… hoe ze falen in de pathologie. Andrew Sheriff
We kijken niet naar twee afzonderlijke systemen. We kijken naar één eeuwenoud systeem, aangepast aan verschillende ademhalingsfrequenties. Muizen draaien het op hoge toerentallen. Mensen geven gas terug, maar houden de kernmotor intact.
Dit gedeelde ontwerp suggereert dat de manier waarop we informatie verzamelen via geur van fundamenteel belang is voor ons voortbestaan als zoogdieren. Het bepaalt wat we eten, wat we vermijden en wanneer we bewegen.
De muis controleert de kruimel. De mens controleert de meloen. De hersenen doen de rest.
