Как мозг млекопитающих эволюционировал для различения запахов

Два нейробиолога из Института Солка и Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили, что как минимум шесть видов млекопитающих — от мышей до кошек — различают запахи примерно одинаковым способом, используя нейронные цепи в мозге, эволюционно сохранившиеся у разных видов.

Исследование, опубликованное 18 июля 2019 года в Current Biology, показывает, что размеры трёх компонентов нейронной сети обоняния масштабируются одинаково для каждого вида:

1. Рецепторы в носу передают сигналы в обонятельную луковицу.
2. Обонятельная луковица передаёт сигналы в «высшую» область для идентификации запаха — пириформную кору.

«Эти три стадии масштабируются друг с другом, соотношение числа нейронов на каждой стадии одинаково для всех видов», — говорит Шьям Шринивасан, соавтор работы. — «Так, если вы назовёте мне количество нейронов в носу, я смогу предсказать их число в пириформной коре или луковице».

Исследование основано на предыдущей работе 2018 года, где та же группа описала, как мозг мыши обрабатывает и различает запахи с помощью «распределённых цепей». В отличие от зрительной системы, обонятельная система мышей полагается на комбинацию связей, распределённых по пириформной коре.

Новая работа показала, что среднее количество синапсов, соединяющих каждую функциональную единицу обонятельной луковицы (гломерулу) с нейронами пириформной коры, инвариантно у разных видов.

Различение отдельных запахов связано с силой и комбинацией активности нейронов в цепи. «Различение запахов основано на частоте импульсации — электрическом импульсе, который проходит по аксону нейрона», — объясняет Шринивасан. — «Один запах, например кофе, может вызывать медленный ответ в нейроне, в то время как тот же нейрон может реагировать на шоколад с более высокой скоростью».

«Мы показали, что параметры связности и отношения между различными стадиями обонятельной цепи сохраняются у млекопитающих. Это говорит о том, что эволюция использовала одну и ту же схему для цепи у разных видов, просто меняя её размер в соответствии с экологической нишей животного», — говорит Чарльз Стивенс, соавтор исследования.

В будущем Стивенс планирует изучить другие области мозга в поисках распределённых цепей, функционирующих на основе аналогичного кода. Шринивасан сосредоточится на том, как вариабельность в кодировании запаха определяет баланс между различением и обучением.