Pattedyrs hjerner identificerer typen af ​​duft hurtigere end engang troede

Det tager mindre end en tiendedel af et sekund-en brøkdel af den tid, man tidligere troede-for lugtesansen at skelne mellem en lugt og en anden, viser nye forsøg med mus.

I en undersøgelse, der skal publiceres i tidsskriftet Naturkommunikation online 14. november, forskere ved NYU School of Medicine fandt ud af, at lugtstoffer - kemiske partikler, der udløser lugtesansen - kun behøver at nå nogle få signalproteiner på indersiden af ​​næsen, for at musene kan identificere en velkendt aroma. Lige så væsentligt, forskere siger, at de også fandt ud af, at dyrenes evne til at skelne lugte fra hinanden var den samme, uanset hvor stærk duften var (uanset lugtkoncentrationen).

"Vores undersøgelse lægger grunden til en ny teori om, hvordan pattedyr, inklusive mennesker, lugt:en, der er mere strømlinet end tidligere antaget, " siger seniorforsker og neurobiolog Dmitry Rinberg, PhD. Hans team planlægger yderligere dyreforsøg for at lede efter mønstre af hjernecelleaktivering forbundet med lugtdetektering og fortolkning, som også kan gælde for mennesker.

"Ligesom menneskelige hjerner behøver kun et par musikalske noter for at navngive en bestemt sang, når der er dannet et minde om den, vores fund viser, at en muss lugtesans kun behøver nogle få nervesignaler for at bestemme, hvilken slags duft, siger Rinberg, en lektor ved NYU Langone Health og dets Neuroscience Institute.

Når en lugtstof indledningsvis sætter sig ind i dets olfaktoriske receptorprotein på en nervecelle i næsen, cellen sender et signal til den del af hjernen, der tildeler lugten, identificerer lugten, siger Rinberg.

Nøglen blandt hans holds seneste resultater var, at mus genkender en duft lige efter aktivering af de første par olfaktoriske hjernereceptorer, og typisk inden for de første 100 millisekunder efter indånding af enhver lugtstof.

Tidligere forskning i dyr har vist, at det tager så lang tid som 600 millisekunder, før næsten alle olfaktoriske hjernereceptorer, der er involveret i deres lugtesans, bliver fuldt aktiverede. siger Rinberg. Imidlertid, tidligere eksperimenter med mus, som inhalerer gennem næsen hurtigere end mennesker og har en hurtigere lugtesans, viste, at antallet af aktiverede receptorer i deres hjerner topper efter cirka 300 millisekunder.

Tidligere videnskabelige undersøgelser havde også vist, at stærkt koncentrerede dufte aktiverede flere receptorer. Men Rinberg siger, at indtil hans holds seneste eksperimenter, forskere havde endnu ikke skitseret koncentrationens rolle i lugtidentifikationsprocessen.

Til den nye undersøgelse, mus blev trænet til at slikke et sugerør for at få en vandbelønning baseret på, om de lugtede appelsin- eller fyrre-lignende dufte.

Ved at bruge lysaktiverede fibre indsat i musens næse, forskere kunne tænde individuelle hjerneceptorer eller grupper af receptorer, der er involveret i lugt, for at kontrollere og spore, hvor mange receptorer der var tilgængelige til enhver tid. Den optiske teknik blev udviklet på NYU Langone.

Holdet testede derefter, hvor godt musene klarede sig på vandbelønninger, når de blev udfordret af forskellige koncentrationer af hver lugt, og med flere eller færre receptorer tilgængelige for aktivering. Tidlig aktivering af for mange receptorer, fandt forskerne, nedsat lugtidentifikation, øge antallet af fejl begået af trænede mus i at få deres belønning.

Forskere fandt ud af, at tidlige afbrydelser i sansning af lugt, mindre end 50 millisekunder fra indånding, reducerede lugtidentifikationsscorer næsten tilfældigt. Derimod belønningsscore blev væsentligt forbedret, når musens lugtesans blev afbrudt på et hvilket som helst tidspunkt efter 50 millisekunder, men disse gevinster faldt efter 100 millisekunder.