Die Welt ist gefüllt mit Millionen und Abermillionen anderer Geruch, aber wie Säugetiere‘ Gehirn sich entwickelte, zu sagen, Sie auseinander, ist so etwas wie ein Geheimnis.
Jetzt, zwei Neurowissenschaftler von der Salk Institute und der UC San Diego haben entdeckt, dass mindestens sechs Arten von Säugetiere von Mäusen zu Katzen — unterscheiden, die Gerüche in annähernd der gleichen Weise, mit Schaltung im Gehirn ist evolutionär konserviert über Spezies.
„Die Studie ergibt Einblicke in die organisatorischen Grundsätze der Gehirn-Schaltung für Geruchssinn bei Säugetieren angewendet werden kann auf andere Teile des Gehirns und anderer Arten“, sagt Charles Stevens, distinguished professor emeritus für Neurobiologie am Salk Labor und Mitverfasser der Studie, veröffentlicht in der Juli-18, 2019 Ausgabe von Current Biology.
Kurz gesagt, die Studie zeigt, dass die Größe von jedem der drei Komponenten des neuronalen Netzes für den Geruchssinn an, die Skalen über die gleiche für jede Art, beginnend mit den Rezeptoren in der Nase, die übertragung von Signalen auf einem cluster von Neuronen, die in der Vorderseite des Gehirns namens der olfaktorischen Knolle, die wiederum leitet die Signale an eine „höhere Funktion“ region für die Geruchs-Identifikation genannt piriform cortex.
„Diese drei Stufen-Skala mit jeder anderen, wobei das Verhältnis der Anzahl von Neuronen in jeder Phase der gesamten Spezies“, sagt Shyam Srinivasan, assistant project scientist mit der UC San Diego Kavli-Institut für Gehirn und Geist, und das Papier ist Mitautor. „Also, wenn Sie mir gesagt, die Anzahl der Neuronen in der Nase, ich könnte Vorhersagen, die Anzahl der piriform Rinde oder die Glühbirne.“
Die aktuelle Studie baut auf der Forschung, die von den gleichen duo, veröffentlicht im Jahr 2018, die beschrieben, wie die Maus-Gehirne verarbeiten und unterscheiden, Gerüche die mit dem, was ist bekannt als „verteilte schaltungen.“ Im Gegensatz zum visuellen system, wo zum Beispiel die Informationen, die übertragen wird, in einer geordneten Art und Weise, um bestimmte Teile des visuellen cortex, die Forscher entdeckt, dass das olfaktorische system bei Mäusen beruht auf einer Kombination von verbindungen, die verteilt auf der piriform cortex.
Nach Papier, Stevens und Srinivasan gesucht, um zu bestimmen, ob das verteilte neuronale schaltungen offenbart, die in Mäusen ist ähnlich wie bei anderen Säugetieren. Für die aktuelle Arbeit, die Forscher analysiert säugetier-Gehirne in unterschiedlichen Größen und Arten. Ihre Berechnungen, plus den früheren Studien in den vergangenen Jahren, wurden verwendet, um abzuschätzen, Gehirn Bände. Stevens und Srinivasan verwendet eine Vielzahl von Mikroskopie-Techniken, mit denen Sie visualisieren verschiedene Arten von Neuronen bilden Synapsen (verbindungen) in den olfaktorischen Schaltkreis.
„Wir konnten nicht zählen, jedes neuron, daher haben wir eine Umfrage“, sagt Srinivasan. „Die Idee ist, dass Sie nehmen Proben aus verschiedenen Bereichen vertreten, so dass etwaige Unregelmäßigkeiten sind gefangen.“
Die neue Studie ergab, dass die Durchschnittliche Anzahl der Synapsen verbinden die einzelnen funktionalen Einheit des Bulbus (a glomerulus) Neuronen in der piriform cortex ist invariant across Spezies.
„Es war bemerkenswert zu sehen, wie diese konserviert wurden“, sagt Stevens.
Insbesondere die Identifikation einzelner Gerüche verbunden ist, um die Stärke und die Kombination von feuernden Neuronen in der Schaltung, verglichen werden kann, um Musik von einem piano, dessen Noten Frühlings aus der depression von mehreren Schlüsseln zum erstellen von Akkorden, oder die Anordnung der Buchstaben, die form der Wörter auf dieser Seite.
„Die Diskriminierung von Gerüchen basiert auf die Feuerrate, der elektrische Impuls wandert das neuron axon ist“, sagt Srinivasan. „Ein Geruch, sagen, für den Kaffee, kann entlocken eine langsame Antwort in einem neuron während der gleichen neuron reagieren kann, um Schokolade mit einer schnelleren rate.“
Dieser code verwendet für die olfaktorische Wahrnehmung ist anders als andere Teile des Gehirns.
„Wir haben gezeigt, dass die Parameter und die Beziehung zwischen verschiedenen Stufen der olfaktorischen Schaltkreis sind konserviert in Säugern, was darauf hindeutet, dass die evolution verwendet das gleiche design für die Schaltung über Spezies, sondern nur die Größe geändert, um zu passen der Tiere „ökologischen Nische“, sagt Stevens.
In der Zukunft, Stevens-Pläne zu prüfen, andere Regionen des Gehirns auf der Suche nach anderen verteilte schaltungen, deren Funktion es ist, auf der Grundlage ähnlicher Codierung finden sich in dieser Studie.
Srinivasan sagt, er wird sich darauf konzentrieren, wie Lärm oder Variabilität der Geruchs-Codierung bestimmt die balance zwischen Diskriminierung und das lernen, zu erklären, dass die Variabilität der duo ist zu finden in Ihre Arbeit könnte ein Mechanismus für die Unterscheidung der Gerüche, die angewandt werden könnten, um Sie besser auf machine-learning-oder KI-Systeme.