Запах способен переносить нас во времени и пространстве. Это может быть сладкий аромат мандаринов или затхлый запах водорослей. Внезапно вы возвращаетесь в дом своего детства или под палящим солнцем далекого берега. Эта связь между запахами и местами, по-видимому, является глубоко укоренившимся аспектом человеческого познания. Но как они связаны в мозгу? Исследование, опубликованное в научном журнале Nature, дает возможное объяснение.
Молекулы запаха по своей сути не несут пространственную информацию. Однако животные в дикой природе используют запахи для пространственной навигации и памяти, что позволяет им находить ценные ресурсы, такие как еда. Ученые хотели понять нейронную основу этого поведения, и поэтому они решили изучить, как мозг сочетает обонятельную и пространственную информацию.
Исследователи сосредоточились на первичной обонятельной коре. Обонятельная система уникальна среди органов чувств — только обоняние имеет прямые реципрокные связи с системой гиппокампа, которая участвует в памяти и навигации.
Нейроны гиппокампа известны тем, что функционируют как "клетки места". Это потому, что каждая ячейка становится активной в определенном месте в среде. Вместе эти нейроны кодируют всю область, эффективно создавая нейронную карту пространства. Клетки места гиппокампа, открытие которых у крыс привело к получению Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2014 году, настолько надежны, что ученые могут определить, где находится животное, просто наблюдая за их активностью. Известно, что система гиппокампа посылает сигналы в первичную обонятельную кору. Итак, ученые предположили, что эта область мозга может делать больше, чем просто распознавать различные запахи.
Чтобы проверить эту идею, исследователи разработали индивидуальную головоломку для крыс, которые отлично пользуются своим обонянием. Крысы улавливали запахи на четырех концах крестообразного лабиринта. Затем, в зависимости от запаха, они должны были выяснить, где спрятана награда.
Пока животные решали загадку, исследователи наблюдали за активностью нейронов в части первичной обонятельной коры, называемой задней грушевидной корой. Нейроны общаются друг с другом, испуская электрические импульсы. Записав электрические сигналы, излучаемые сотнями отдельных нейронов в этой области мозга, ученые смогли расшифровать, о чем заботятся конкретные нейроны. Например, стали ли они активными, когда животное почувствовало определенный запах, или когда оно было в определенном месте лабиринта.
Результаты превзошли ожидания всей научной группы. Да, они предсказывали, что некоторые нейроны в определенной степени могут заботиться о местонахождении. Однако, внимательно изучая активность нейронов обонятельной коры, пока животное перемещалось по лабиринту, они обнаружили, что эти нейроны изучили всю карту окружающей среды.
Исследователи обнаружили большую популяцию нейронов, которые, как и клетки гиппокампа, становились активными в определенном месте лабиринта. Интересно, что карта не покрывала всю окружающую среду одинаково. Вместо этого она был в основном ограничен поведенчески значимыми точками лабиринта: где животные ощущали запахи и получали награды.
Может быть мы, аналогичным образом формируем воспоминания, связывающие определенные запахи с определенными местами? Скорее всего — да. В ходе исследования, ученые обнаружили, что некоторые нейроны реагировали на запах, другие — на местоположение, а третьи — на оба типа информации в разной степени. Все эти разные нейроны смешаны вместе и, вероятно, связаны между собой. Следовательно, можно предположить, что активация ассоциаций запаха и пространства может происходить через активность в этой сети.