Мыши могут использовать быстрые изменения запаха для ориентации в пространстве

Исследователи из Института Фрэнсиса Крика и Университетского колледжа Лондона (UCL) обнаружили, что мыши способны ощущать чрезвычайно быстрые и тонкие изменения в структуре запахов и использовать эту информацию для управления своим поведением. Результаты, опубликованные в Nature, меняют текущее представление о том, как запахи обнаруживаются и обрабатываются в мозге млекопитающих.

Шлейфы запахов, подобные пару от горячей чашки кофе, имеют сложную и часто турбулентную структуру и могут передавать важную информацию об окружающей среде, например, о движении хищника или местонахождении пищи. Ранее считалось, что мозг млекопитающих не может полностью обрабатывать эти временные изменения запаха из-за их чрезвычайно высокой скорости — гораздо быстрее, чем животное может сделать вдох.

Используя поведенческие эксперименты с воздействием на мышей невероятно коротких всплесков запаха, нейровизуализацию, электрофизиологию и компьютерные модели, учёные выяснили, что мыши действительно могут обнаруживать очень быстрые колебания внутри шлейфов запаха с частотой, ранее считавшейся недостижимой. Они также показали, что мыши могут использовать эту информацию, чтобы отличить, исходят ли запахи из одного или разных источников, даже если они находятся очень близко друг к другу.

Это говорит о том, что обонятельная система млекопитающих, отвечающая за чувство запаха, также играет ключевую роль в обработке информации о физическом пространстве и окружении, направляя решения, важные для выживания.

Андреас Шефер, старший автор исследования, руководитель лаборатории сенсорных цепей и нейротехнологий в Институте Крика и профессор нейробиологии в UCL: «С эволюционной точки зрения наши выводы логичны, поскольку они помогают объяснить, почему обонятельная луковица — часть мозга, куда нос отправляет сигналы — обладает такой большой вычислительной мощностью. Она обрабатывает не только химические вещества из запахов, но и может вычислять информацию о физическом расстоянии и источнике. Было бы странно, если бы эволюция создала такую вычислительную мощность в этой части мозга, не используя её для выживания вида».

В одном ключевом эксперименте учёные обучили мышей определять, исходят ли два запаха из одного или разных источников. Мыши могли правильно различать эту разницу, даже когда запахи подавались короткими импульсами длительностью всего 1/40 секунды каждый (40 Гц).

Тобиас Аккельс, постдок в лаборатории сенсорных цепей и нейротехнологий Института Крика: «Предыдущие исследования обоняния основывались на предположении, что мыши не могут различать тонкую, колеблющуюся информацию в шлейфах запаха. Мы показали, что мыши могут получать доступ к этой информации и обрабатывать её — это открывает новое измерение для изучения мозга; мы можем проводить эксперименты, которые более эффективно и естественным образом активируют нейроны и бросают вызов обонятельной луковице. Это позволит нам больше узнать о том, как работает эта часть мозга и как нейронные цепи извлекают информацию о мире».

В рамках исследования учёные разработали новые технологии, включая высокоскоростное устройство для подачи запаха и оборудование, способное измерять несколько запахов одновременно с чрезвычайно высокой точностью.

Эти инновации позволят проводить более сложные исследования обонятельной луковицы, увеличивая наши знания о том, как эта область мозга обрабатывает информацию об окружающей среде и влияет на поведение. В конечном итоге команда стремится понять, как сенсорные цепи связывают внешний мир с внутренними мыслями и действиями.