Хорошие и плохие запахи: всё в мозге насекомого

Исследователи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе изучили, как мозг саранчи кодирует предпочтения к запахам и как они учатся их ассоциировать с наградой. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Как саранча реагирует на запахи

• Саранча использует сенсорные придатки возле рта — пальпы — чтобы хватать пищу.
• Запахи, автоматически вызывающие это врождённое поведение, были классифицированы как аппетитные, а не вызывающие его — как неаппетитные.
• Из 22 протестированных запахов саранча предпочла гексанол (запах травы) и изоамилацетат (банан). Наименее приятными оказались бензальдегид (миндаль) и цитраль (цитрус).

Нейронная активность и поведение

Измеряя нейронный ответ голодной саранчи на 4-секундное воздействие запаха, учёные обнаружили:

• Нейронные ответы чётко разделялись в зависимости от поведения, которое они вызывали.
• Информация для прогнозирования поведения содержалась как во время презентации запаха, так и после её окончания.

Обучение с наградой

Исследователи использовали павловский подход, сочетая запах с наградой (кусочком травы).

• Саранча училась ассоциировать с пищей только приятные запахи.
• Время награды было критически важным:
  • При ON-тренировке (награда во время запаха) саранча открывала пальпы сразу после начала запаха.
  • При OFF-тренировке (награда после запаха) реакция была медленной, достигая пика после окончания запаха.
  • Если награда давалась с задержкой в 4 секунды после окончания запаха, обучение не происходило даже для приятных запахов.

Парадоксальный эффект и модель

• Тренировка с неприятными стимулами усиливала реакцию саранчи на приятные запахи.
• Для объяснения этого была разработана вычислительная модель. Она основана на идее, что сортировка информации, релевантной для поведения, происходит очень рано — уже на этапе поступления сенсорных сигналов в мозг.

Философский вывод

«Как мы узнаём, что является позитивным, а что — негативным сенсорным опытом? Вся информация, получаемая нашими сенсорными аппаратами, и её значимость для нас должны быть представлены электрической активностью в мозге. Похоже, что сортировка информации таким образом происходит, как только сенсорные сигналы попадают в мозг», — объясняет профессор Барани Раман.