شما چه بویی را دوست دارید؟ بوی قهوه، بوی نان. شاید سوال شما نیز همین باشد که چگونه می توانیم این همه بو را درک کنیم. محققان حدس می زنند که مکانیسم های پشت بویایی ممکن است بسیار ساده تر از آنچه قبلاً تصور می شد باشد.
منبع: WUSTL
یک فنجان قهوه را بو کنید.
آن را در داخل یا خارج بو کنید. تابستان یا زمستان؛ در یک کافی شاپ با اسکون; در یک پیتزافروشی با پپرونی – حتی در یک پیتزا فروشی با اسکون! – قهوه بوی قهوه می دهد.
چرا بوهای دیگر یا عوامل محیطی مختلف. به اصطلاح. مانع تجربه استشمام بوهای فردی نمی شوند؟ محققان دانشکده مهندسی مک کلوی در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس برای یافتن این موضوع به موضوع تحقیقاتی مورد اعتماد خود. ملخ مراجعه کردند.
به گفته بارانی رامان. استاد مهندسی زیست پزشکی. چیزی که آنها دریافتند «به طرز شگفت انگیزی ساده» بود. نتایج آنها در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States منتشر شد.
رامان و همکارانش سال‌ها با ملخ‌ها کار کرده‌اند و مغز آنها و رفتارهای مربوط به بو را در تلاش برای مهندسی ملخ‌های بمب‌بنی‌کننده تماشا می‌کنند. در طول مسیر. آنها در درک مکانیسم های در حال بازی در مورد حس بویایی ملخ ها دستاوردهای قابل توجهی به دست آورده اند.
یک پژوهش
برای درک اینکه چگونه ملخ بدون توجه به زمینه می تواند به طور مداوم بوها را تشخیص دهد. آنها از ایوان پاولوف راهنمایی گرفتند. مانند سگ های پاولوف. ملخ ها طوری تربیت شده بودند که بو را با غذا مرتبط کنند و ترجیحشان تیغه ای از علف باشد. پس از یک روز بدون غذا. ملخ در معرض بوی بدی (ترکیبی از هگزانول یا ایزوآمیل استات) قرار گرفت.
سپس یک تیغه علف به او داده شد. در شش مورد از این گونه. ملخ یاد گرفت که پس از استشمام «بوی تمرینی» کف دست‌هایش (زائده‌های حسی نزدیک به دهان) را در انتظار یک میان‌وعده باز کند. درست مانند ما که قهوه را تشخیص می دهیم. ملخ آموزش دیده بو را تشخیص می دهد و اجازه نمی دهد عوامل دیگر مانع شوند.
در این مرحله. محققان شروع به بررسی نورون‌هایی کردند که وقتی ملخ در شرایط مختلف در معرض بو قرار می‌گیرد. از جمله همراه با بوهای دیگر. در شرایط مرطوب یا خشک. زمانی که گرسنه بودند یا کاملاً تغذیه می‌شدند. آموزش دیده بودند یا آموزش ندیده بودند. و برای زمان های مختلف
مشخص شد که تحت شرایط مختلف. محققان مشاهده کردند که الگوهای بسیار ناسازگاری از نورون‌ها فعال می‌شوند. حتی اگر ملخ‌ها هر بار باز شوند. رامان گفت: “پاسخ های عصبی بسیار متغیر بودند.” به نظر می‌رسید که این از نظر رفتاری با کاری که ملخ‌ها انجام می‌دادند مغایرت داشت.»
پاسخ های عصبی
چگونه پاسخ‌های عصبی متغیر می‌توانند رفتاری سازگار یا پایدار ایجاد کنند؟ برای بررسی این موضوع. محققان به الگوریتم یادگیری ماشینی روی آوردند. می‌خواستیم ببینیم با توجه به این الگوهای پاسخ عصبی متغیر. آیا می‌توانیم رفتار ملخ را پیش‌بینی کنیم؟ رامان گفت. “پاسخ این بود که بله. ما می توانیم.”
تفسیر الگوریتم بسیار ساده بود. این نورون از دو نوع عملکردی نورون استفاده می‌کند: نورون‌های ON. که با وجود یک بوکننده فعال می‌شوند. و نورون‌های OFF وجود دارند که با وجود یک بو. خاموش می‌شوند اما پس از پایان ارائه بو فعال می‌شوند.
رامان می‌گوید: «می‌توانید نورون‌های ON را به‌عنوان «شواهدی برای» وجود یک بو. و نورون‌های OFF به‌عنوان «شواهدی علیه» وجود آن بو در نظر بگیرید. برای تشخیص وجود یک بو. محققان به سادگی نیاز داشتند که شواهدی را برای وجود بو اضافه کنند (یعنی سنبله‌ها را در تمام نورون‌های ON اضافه کنند) و شواهدی را در مورد وجود آن بو کم کنند (یعنی سنبله‌ها را در تمام نورون‌های OFF اضافه کنند). اگر نتیجه بالاتر از یک آستانه مشخص بود. یادگیری ماشینی بوی ملخ را پیش‌بینی می‌کرد
رامان گفت: ما متعجب شدیم که متوجه شدیم این رویکرد ساده تمام چیزی است که برای تشخیص قوی یک ماده خوشبو لازم است.
یک مثال
رامان این فرآیند را به خرید پیراهن تشبیه کرد. فرض کنید فهرستی از ویژگی‌های مورد نظرتان را دارید – پنبه‌ای. آستین‌های بلند. دکمه‌دار. رنگ ثابت. شاید یک جیب جلویی برای نگه‌داشتن عینک‌هایتان – و چند چیز شکن مانند فقط خشک‌شویی یا خال‌خالی.
ممکن است خوش شانس باشید و پیراهنی پیدا کنید که دقیقاً همان چیزی باشد که به دنبال آن هستید. اما. به طور عملگرایانه تر. تا زمانی که بسیاری از ویژگی های مورد نظر شما وجود داشته باشد و اکثر ویژگی هایی که معامله شکن هستند وجود نداشته باشند. خرید می کنید.
یافتن ویژگی هایی که می خواهید مشابه اطلاعاتی است که توسط نورون های ON منتقل می شود. عدم وجود معامله شکن شبیه به خاموش کردن نورون های OFF است. تا زمانی که به اندازه کافی نورون های ON که معمولاً توسط یک ماده خوشبو کننده فعال می شوند فعال شده اند – و اکثر نورون های OFF این کار را انجام نداده اند – پیش بینی اینکه ملخ در انتظار یک خوراکی علفزار. دست های خود را باز خواهد کرد. شرط مطمئنی است.
بویایی
چگونه انسان و حیوانات دیگر بوی غذاهای دریایی فاسد یا جذابیت فریبنده یک موز رسیده را تشخیص می دهند؟ تحقیقات جدید در دانشگاه نیویورک Langone Health و همکارانشان از بوهای مصنوعی استفاده می‌کنند تا زنجیره پیچیده‌ای از رویدادها را آشکار کنند که باعث می‌شود یک بو از دیگری متمایز شود.
در فرورفتگی‌های عمیق بینی میلیون‌ها نورون حسی وجود دارند که همراه با چشم‌ها و گوش‌های ما به تجسم دنیای اطراف کمک می‌کنند. هنگامی که توسط یک ماده شیمیایی با بو تحریک می شوند. تکانه های عصبی را به هزاران خوشه نورون در گلومرول ها می فرستند. که پیاز بویایی. مرکز بویایی مغز را تشکیل می دهند. الگوهای مختلف فعال سازی گلومرولی برای ایجاد حس بوهای خاص شناخته شده است. شلیک یک مجموعه از گلومرول ها باعث ایجاد درک آناناس می شود. شلیک دیگری ترشی را تداعی می کند.
برخلاف سایر حس‌ها. مانند بینایی و شنوایی. دانشمندان نمی‌دانند که مغز از کدام ویژگی‌های یک بو برای درک آن استفاده می‌کند. وقتی چهره شخصی را می بینید. ممکن است چشم ها را به خاطر بیاورید که به شما کمک می کند آن فرد را در آینده بشناسید. اما گوش و بینی ممکن است در نحوه نمایش مغز از آن شخص اهمیت کمتری داشته باشند. نویسندگان مطالعه جدید به دنبال شناسایی ویژگی های متمایز دخیل در شکل گیری نمایش بوها در مغز بودند.
برای انجام این کار. آنها از تکنیکی به نام اپتوژنتیک برای فعال کردن گلومرول ها در موش استفاده کردند. اپتوژنتیک از نور برای تحریک نورون های خاص در مغز استفاده می کند. و می تواند به تعیین عملکرد نواحی خاص مغز کمک کند.
https://neurosciencenews.com/olfaction-mechanism-19896/
https://www.scientificamerican.com/article/the-brain-interprets-smell-like-the-notes-of-a-song/
سید مهدی ساداتی هستم. عاشق مغز! داروساز و دانشجوی دکترای تخصصی علوم اعصاب. عضو تیم مرکز سلامت مغز دانا! از علاقه هام شناسوندن کارایی های هیجان انگیز مغز به زبان ساده به آدمهاست! جست و جو می کنم در افسردگی، داروهای موثر بر مغز و سایر بیماری های حوزه ی روان و البته نوروپلاستیسیتی!