Ved brug af ny teknik gør forskere overraskende opdagelser om, hvordan flues hjerner reagerer på smag

Smag betyder noget for frugtfluer, ligesom det gør for mennesker:ligesom mennesker har fluerne en tendens til at opsøge og indtage sødsmagende fødevarer og afvise fødevarer, der smager bittert. Man ved dog lidt om, hvordan sød og bitter smag repræsenteres af hjernekredsløbene, der forbinder sansning med adfærd.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Current Biology , beskrev forskere ved Brown University, hvordan de udviklede en ny billedbehandlingsteknik og brugte den til at kortlægge frugtfluernes neurale aktivitet som reaktion på sød og bitter smag.

"Disse resultater viser, at den måde, fluehjerner koder for smagen af ​​mad, er mere kompleks, end vi havde regnet med," sagde undersøgelsesforfatter Nathaniel Snell, der fik sin ph.d. i neurovidenskab fra Brown i 2021 og udførte forskningen som en del af sit speciale.

Lige så vigtig som forskernes resultater er den metode, de brugte, sagde Gilad Barnea, professor i neurovidenskab ved Browns Warren Alpert Medical School og direktør for Center for Neurobiologi af celler og kredsløb ved universitetets Carney Institute for Brain Science.

For at lære mere om de hjerneprocesser, der styrer fluernes reaktion på smagsoplevelser, udviklede Barnea, Snell og en gruppe kandidat- og bachelorstuderende i Barneas laboratorium en ny billedbehandlingsteknik kaldet "trans-Tango(aktivitet)." Dette er en tilpasning af trans-Tango, en alsidig teknologi opfundet af Barnea-laboratoriet, der bruges til at spore neurale kredsløb i hjernen. Barnea sagde, at trans-Tango(aktivitet) tager forståelsen til et nyt niveau ved at afsløre, hvordan specifikke neuroner i kredsløbene reagerer på stimuli.

Hjernens reaktion på stimuli er som et relæ, forklarede Barnea:"Pinden" går fra en neuron til den næste, og så til den næste, og så videre. Tidligere teknikker kunne identificere en neuron med pinden, men ikke hvem der gav pinden til den neuron.

"Trans-Tango(aktivitet) gav os mulighed for selektivt at se på andenordens neuroner i kredsløbet, så vi kunne fokusere på, hvordan de reagerede på sød og bitter smag," sagde Barnea.

Fordi reaktionen på sød og bitter smag er så forskellig, var forskernes forventning, at den neurale aktivitet langs kredsløbene, der medierer disse reaktioner, også ville være helt forskellig, sagde han. Men trans-Tango(aktivitet) afslørede en vis overlapning af neural aktivitet allerede i andenordens neuroner i disse kredsløb som svar på de to smage.

Barnea sagde, at nogle af resultaterne kan vise, hvordan fluer ved at undgå en bestemt rådden, giftig eller på anden måde dårlig del af en fødevare, for eksempel. Samlet sagde han, at undersøgelsesresultaterne understreger vigtigheden af ​​de sofistikerede og raffinerede smagsprocesser.

"Du skal huske, at spisning eller fodring er en aktivitet, hvor du - uanset om du er en flue eller et menneske - ikke kan lave fejl," sagde han. "Hvis du indtager noget dårligt for dig, kan det være skadeligt. Enhver, der nogensinde har betalt dyrt efter at have spist en dårlig musling, kan bekræfte dette. Så evnen til at vide at undgå bestemte fødevarer, eller endda bestemte områder eller dele af mad, er vigtig. for artens overlevelse."

Et fund var især spændende for Barnea, ikke på grund af hvad det sagde om overlevelse, men hvad det potentielt afslørede om glæde. Andenordens neuroner reagerede på bitter smag, ikke kun når smagen blev præsenteret, men også når de blev fjernet. Overraskende nok fandt Barnea og hans kolleger en vis overlapning i aktivitet, da det bitre blev fjernet, og det søde blev præsenteret.

Barnea sagde, at dette mindede ham om begrebet "aponia", som på oldgræsk betyder "fraværet af smerte", og af de epikuræiske filosoffer blev anset for at være fornøjelsens højdepunkt.

"The fact that we see a neuron that responds both to the removal of the 'bad' stimulus—bitter taste—and to the presentation of the 'good' stimulus—sweet taste—is biologically reminiscent of this philosophical concept," said Barnea, who added that future research will further explore this response.

As to why insects' sense of taste matters to humans, who may experience taste differently, Barnea referred to the insects who find humans to be particularly attractive:"Understanding what drives gustatory and olfactory behaviors in mosquitoes, for example, is very important in learning how to decrease their effect on humans," he said. "Our study may add one small piece to that large puzzle."

The study shows how a research question can provide impetus to develop a new scientific technique that can then be used to answer new research questions—and vice versa.

"We believe that trans-Tango(activity) can be a useful tool not only for studying how the sense of taste works, but for understanding neural circuits in general," Snell said. "Sensory neurons encode many different kinds of information about the world, and figuring out how this information is relayed, transformed or integrated as it travels from peripheral to deeper layers of a neural circuit is a central question in neuroscience. Trans-Tango(activity) is perfectly poised to be able to answer such questions."

It took Barnea more than 20 years to develop trans-Tango to the point where it could be used successfully in fruit flies, he said, yet only five years for the team to develop and publish trans-Tango(activity)—and additional adaptations are currently in the works.

"The more we use the technology, the better it gets, and the more we can learn from it, and the more questions we can apply it to," Barnea said. + Udforsk yderligere

Novel technology provides powerful new means for studying neural circuits