Как мозг чувствует запах

Дата публикации: 05 августа 2020

Исследование, опубликованное в Nature, идентифицирует механизм, используемый нашим мозгом для различения запахов. Исследование было проведено Итальянский технологическим институтом (ИИТ) и Гарвардским университетом и может оказать влияние на создание искусственного обоняния у роботов, - пишет eurekalert.org.

Итало-американское исследование, проведенное исследователями из ИИТ и Гарварда, впервые объясняет механизмы, которые используются нашим мозгом для распознавания специфических запахов. Исследование проливает свет на процессы мозга, связанные с непрерывным потоком информации, поступающей от наших органов чувств, в частности от обоняния. Благодаря этому результату исследователи смогут подумать о реализации искусственного обоняния, которое в будущем будет внедрено в роботов и другие интеллектуальные машины.

Если говорить о зрении или слухе, ученые достаточно хорошо знают механизмы, которые заставляют нас различать два цвета или две ноты. Это знание было переведено в относительно устоявшиеся теории: мы знаем, какую длину волны должен излучать неон, чтобы он выглядел красным, и какую частоту должна давать электронная клавиатура, чтобы заставить нас слышать ноту под буквой G. Но это не происходит с запахами: мы не можем сказать, как пахнет молекула, просто глядя на ее химическую структуру.

Представьте, что вы в ресторане, и у вас есть сорбет с приятным цитрусовым ароматом. Если вы повар, вы могли бы использовать обонятельную информацию, чтобы понять, использовался ли при приготовлении лимон или лайм - два фрукта, производящие пахучие молекулы, воспринимаемые одинаково, но химически разные. Если вы не заинтересованы в рецепте, вы можете просто заметить, что это цитрусовый сорбет, а не кофейный. Это означает, что вы отбросите небольшие химические различия между запахами лимона и лайма, чтобы обобщить их, используя уникальную категорию цитрусовых.

Нелегко выбирать между обонятельной дискриминацией и обобщением в соответствии с нашим опытом и целями. До сих пор ученые не знали код, используемый нашим мозгом для распознавания определенного запаха.

Новое исследование отвечает на этот вопрос впервые. Команда итальянско-американских ученых, координируемая Бобом Даттой из Гарвардской медицинской школы в Бостоне, определила уловки, используемые мозгом для различения и обобщения пахучих молекул, имеющих химическую структуру с различными уровнями сходства. В состав группы входят две итальянские исследовательские группы из Центра нейробиологии и когнитивных систем при ИИТ в Роверето: команда Джулиано Юрилли, которая вернулась в Италию благодаря фонду Армениз Гарвард, и команда Стефано Панцери, координатора Центра.

Юрилли - один из главных авторов проекта, действовал как «мост» между Италией и США. После получения степени доктора наук в области нейробиологии и робототехники в ИИТ он переехал в Гарвард в 2012 году, где изучал механизмы мозга, лежащие в основе восприятия запахов и их влияния на наше повседневное поведение. В 2018 году он получил награду за карьерный рост от Фонда Армениз Гарвард - грант в размере 5 миллионов долларов на 5 лет, который способствует проведению фундаментальных биомедицинских исследований. Благодаря этим средствам Юрилли вернулся в Италию и открыл свою лабораторию нейрофизиологии в ИИТ в Роверето. Он привез с собой фундаментальное исследование, проведенное в Бостоне, и внес вклад в его завершение грантом Армениз Гарвард. Боб Датта - ведущий автор исследования, также был лауреатом премии Армениз Гарвард, являющейся лауреатом Гранта факультета HMS Фонда в 2010 и 2016 годах.

«Мы разработали специальные методы анализа, - объясняет Джулиано Юрилли, - и увидели, что сенсорные нейроны в носу захватывают пахучие молекулы, анализируя их почти как хроматографы - машины, которые точно описывают химические различия между молекулами».

Однако эта точность касается только первой «двери» для распознавания запахов, а именно носа. Но что-то меняется, когда информация, собранная и обработанная носом, поступает в более центральную структуру мозга, называемую обонятельной корой. На этой стадии описания запахов начинают «становиться личными», и они больше не связаны с химическими различиями.

Здесь в действие вступает память. Например, если наш нос нюхает молекулу этанола и молекулу октен-3-ил ацетата, наша обонятельная кора просто регистрирует запах горечавого шнапса, если мы пили его раньше.

«Мы выяснили, что это происходит потому, что прошлый опыт изменяет способ, которым нейроны обонятельной коры обмениваются химической информацией, которую они получают из носа, - заключает Джулиано Юрилли, - Теперь мы можем начать конкретно думать о том, как построить искусственный мозг, который делает то же самое в роботе».

Фактически, это открытие может оказать большое влияние на область робототехники и искусственного интеллекта, благодаря созданию искусственной обонятельной системы. Эта интеллектуальная система может оценивать безопасность окружающей среды или распознавать объект, быстро обнаружив запах летучих молекул, как это работает у человека.

 

Источник: www.eurekalert.org

Поделиться: