Ученые из Института исследований мозга RIKEN в Японии в эксперименте с мухами-дрозофилами смогли смоделировать мозговые процессы, отвечающие за восприятие запахов, и выяснили, что в зависимости от ситуации предпочтения могут меняться. Работа опубликована в журнале Neuron, об исследовании кратко сообщается в пресс-релизе института.
В процессе восприятия запаха участвуют малые нейронные структуры мозга, так называемые клубочки или гломерулы. У человека таких структур около 5500, у мыши — примерно 1800. А вот у мухи-дрозофилы их всего 50, при этом функции и организация этой системы похожа на ту, что существует млекопитающих, так что на их примере удобно исследовать работу обонятельной системы. Ученые использовали методику двухфотонной кальциевой визуализации для записи реакции клеток мозга мухи на большое число разных пахучих веществ.
Поведение мух при этом контролировалось при помощи специально созданной системы виртуальной реальности. Голова мухи фиксировалась, а вокруг нее создавался обонятельный и визуальный ландшафт, вращающийся в режиме реального времени в ответ на движения крыльев насекомого. Мухи в эксперименте показали большой разброс реакций на запахи от сильного влечения до сильного отвращения, и на решения у них уходило, как правило, не более 200 миллисекунд.
На основе этих данных исследователи построили математическую модель, соотнеся поведение мухи и активность обонятельных клубочков. Модель предполагает, что каждый клубочек вносит в притяжение или отталкивание определенного запаха тот или иной вклад. Сумма этих вкладов не только соответствовала реальным поведенческих реакций мух на использованные в эксперименте запахи, но и точно предсказывала ответы на новые запахи. Вопреки распространенной гипотезе, результаты показали, что реакция на каждый запах не зависит лишь от небольшой части клубочков, а, вероятно, требует работы большинства, если не всех из них.
Модель также предсказывает, как предпочтения запахов варьируются или даже меняются на противоположные в зависимости от присутствия других пахучих веществ в окружающей среде. Серия экспериментов, в которых одни и те же запахи были представлены в разных условиях, подтвердила эти предсказания.
