Cercetătorii descoperă mecanisme olfactive comune între șoareci și oameni
Imaginați-vă un șoarece care face inhalări rapide, scurte, în timp ce caută o firimitură pe care a găsit-o în timpul hranei. Acest comportament poate fi comparat cu cel al unui om care se apleacă pentru a face o inspirație profundă pentru a evalua dacă un pepene galben este copt.
O cercetare recentă de la Universitatea Northwestern a descoperit că, asemenea oamenilor, șoarecii pot face o inspirație unică pentru a explora deliberat mediul înconjurător – un fapt despre care cercetătorii nu aveau cunoștință anterior.
Două studii complementare din cadrul acestei universități, ce urmează a fi publicate împreună pe 3 iulie în revista Science Advances, au analizat olfactivitatea din perspective opuse și au constatat că rozătoarele și oamenii se bazează pe aceeași neurofiziologie de bază – blocurile motorii și ritmice ale creierului – pentru a procesa mirosurile. Deși inspirația unui șoarece este mult mai scurtă decât a unui om, tempo-ul de procesare a mirosurilor este același, conform concluziilor studiului. Rezultatele sugerează că aceste sisteme senzoriale sunt fundamental similare și au fost conservate de-a lungul evoluției.
Luate împreună, descoperirile celor două laboratoare sugerează un aspect important: mamiferele se bazează toate pe un sistem de bază similar pentru miros, fiecare specie adăugând propria interpretare acestui design fundamental. Această cercetare răspunde la o întrebare esențială: Cum reușesc șoarecii și oamenii să evalueze mediul înconjurător pentru a-l înțelege și a prezice următoarea acțiune?
„Adevărata similaritate este această inspirație unică, dar nu este doar o inspirație”, a afirmat John M. Barrett. „Șoarecii își mișcă chiar și mâinile în timp ce miros, ceea ce arată că este un act voluntar – ei o fac cu scop.”
Care sunt implicațiile pentru oameni?
Modificările comportamentale în ceea ce privește inspirația sunt corelate cu condiții precum autismul și bolile Alzheimer și Parkinson, astfel că înțelegerea sistemului olfactiv la un nivel fundamental ar putea ajuta la depistarea timpurie sau la tratamente mai bune, au declarat autorii studiului.
Faptul că dispunem de acest set de mecanisme conservate evolutiv ne ajută să înțelegem cum funcționează creierele mamiferelor, ceea ce ar putea ajuta în cele din urmă la înțelegerea modului în care acestea eșuează în patologie. Ne ajută să știm cum funcționează creierul pentru a găsi soluții atunci când acesta nu funcționează.”
O poveste a două lucrări
Primul studiu a descoperit că șoarecii își inspectează hrana folosind inspirații unice care seamănă remarcabil cu cele umane. Cel de-al doilea studiu a constatat că oamenii organizează informațiile olfactive într-un ritm rapid în cadrul unei singure inspirații, într-o formă de procesare olfactivă care arată remarcabil așa cum o face rozătoarea. Împreună, aceste studii separate, dar complementare, sugerează că există reguli biologice fundamentale comune în modul în care simțurile olfactive ale acestor două mamifere funcționează și că acestea au fost conservate de-a lungul evoluției.
Primul studiu: Șoarecii pot mirosi ca oamenii
Prima lucrare a început cu o observație simplă: atunci când șoarecii manipulează hrana, ei o aduc uneori în mod temporar la nas înainte de a continua să mănânce.
Studiul a fost realizat în laboratorul lui Gordon M. G. Shepherd în cadrul departamentului de neuroștiințe la Universitatea Northwestern Feinberg School of Medicine, împreună cu colegi de la Universitatea din Pennsylvania și Universitatea din Florida College of Medicine.
Equipa a construit un sistem de înregistrare robotic cu mai multe camere pentru a urmări șoarecii în timpul hranei. Condusă de Mang Gao și Barrett din laboratorul lui Shepherd, cercetătorii au urmărit cu o rezoluție ridicată mișcările mâinilor și capului șoarecilor, în timp ce monitorizau simultan respirația acestora.
Șoarecii au sincronizat o inspirație unică cu exact momentul în care hrana ajungea la nas, coordonând precis mâinile, capul și respirația. Spre deosebire de inspirațiile constante utilizate atunci când caută hrană, acest comportament este rapid și deliberat, asemănător cu cel al unui om care ridică hrana la nas pentru o mirosire atentă înainte de a mușca.
Studiul a descoperit că șoarecii miroseau mai intens atunci când manipulau alimentele neapetisante, dar nu doar prezența mirosului determina acest comportament. Când cercetătorii au interferat cu simțul olfactiv al șoarecilor, aceștia continuau să efectueze mirosiri de hrană în mod normal. Ceea ce a oprit în cele din urmă comportamentul a fost silențierea cortexului motor – regiunea creierului asociată cu mișcarea conștientă și intenționată.
„Aceasta înseamnă că atunci când șoarecii miros hrana, ei nu o fac ca o reacție reflexivă la un miros, ci mai degrabă ca un act proactiv de sondare senzorială”, a declarat Gao. „Se pare că șoarecii aleg să efectueze aceste rapide „verificări de miros”, ceea ce este caracteristic multor comportamente olfactive umane, în loc să fie declanșați pasiv să mirosească.”
Aceasta este primul studiu care documentează acest comportament intenționat, non-reflexiv de mirosire la rozătoare în cadrul unui mediu real.
Al doilea studiu: Oamenii pot procesa mirosurile ca șoarecii
Al doilea studiu, realizat în laboratorul lui Christina Zelano din departamentul de neurologie la Feinberg, în colaborare cu Bruce Tan din departamentul de otorinolaringologie la Feinberg, a urmărit să răspundă la întrebarea cum reușesc oamenii să atingă aceeași precizie perceptuală ca rozătoarele cu o inspirație unică, dar mai lentă.
„Am vrut să înțelegem cum putem identifica mirosurile la fel de repede ca rozătoarele, deși inspirăm de peste 10 ori mai lent”, a declarat Sheriff. „Prin înregistrarea directă din bulbii olfactivi umani folosind o tehnică nouă, am reușit să găsim ritmuri de procesare a mirosurilor care seamănă foarte mult cu cele ale rozătoarelor, sugerând feronecte temporale conservate pentru olfactivitate între specii.”
Equipa a folosit o metodă minim invazivă, de mare precizie, dezvoltată în laboratorul lui Zelano pentru a înregistra mirosirea în creierele voluntarilor umani sănătoși. Atunci când participanții au respirat o singură inspirație intenționată, aceasta a generat unde cerebrale de frecvență joasă numite oscilații theta (2-8 Hz) în bulbii olfactivi umani, la exact aceleași frecvențe la care șoarecii miros. Acest ritm cerebral lent ajută la organizarea unor activități mai rapide care au loc atunci când creierul procesează efectiv un miros, a constatat studiul, ceea ce înseamnă că creierul uman poate genera ritmul theta dintr-o singură inspirație și îl utilizează la fel cum rozătoarele folosesc ciclul lor de mirosire.
„Implicarea descoperirilor noastre este sem
