Smelling Art: Ο εγκέφαλος αντιλαμβάνεται τη μυρωδιά σαν πίνακα ή συμφωνία...
Τι συμβαίνει όταν μυρίζουμε ένα τριαντάφυλλο; Πώς επεξεργάζεται ο εγκέφαλός μας την ουσία του αρώματος του; Είναι σαν ένας πίνακας ζωγραφικής, ένα στιγμιότυπο της δραστηριότητας των κυττάρων που «τρεμοπαίζουν» που αποτυπώνεται σε μια στιγμή στο χρόνο;
Ή σαν μια συμφωνία, ένα εξελισσόμενο σύνολο διαφορετικών κυττάρων που συνεργάζονται για να αιχμαλωτίσουν το άρωμα; Νέα έρευνα δείχνει ότι ο εγκέφαλός μας κάνει και τα δύο.
Πώς αντιλαμβάνεται τις οσμές ο εγκέφαλος;
«Αυτά τα ευρήματα αποκαλύπτουν μια βασική αρχή του νευρικού συστήματος, την ευελιξία στα είδη των υπολογισμών που κάνει ο εγκέφαλος για να αναπαραστήσει πτυχές του αισθητηριακού κόσμου», δήλωσε ο αναπληρωτής καθηγητής Νευροεπιστήμης και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης, που πρόσφατα δημοσιεύτηκε στο Cell Reports.
Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα μοντέλο για να προσομοιώσουν τη λειτουργία του πρώιμου οσφρητικού συστήματος, του δικτύου στο οποίο βασίζεται ο εγκέφαλος για την όσφρηση. Χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις από υπολογιστή, βρήκαν ένα συγκεκριμένο σύνολο συνδέσεων, που ονομάζονται φυγόκεντρες ίνες, που μεταφέρουν σήματα από άλλα μέρη του κεντρικού νευρικού συστήματος στις πρώιμες αισθητήριες περιοχές του εγκεφάλου, οι οποίες παίζουν κρίσιμο ρόλο.
Αυτές οι φυγόκεντρες ίνες λειτουργούν ως διακόπτης, εναλλάσσοντας διαφορετικές στρατηγικές για την αποτελεσματική αναπαράσταση των οσμών. Όταν οι φυγόκεντρες ίνες βρίσκονταν σε συγκεκριμένη κατάσταση, τα κύτταρα στον κατώτερο φλοιό -όπου σχηματίζεται η αντίληψη μιας οσμής- βασίστηκαν στο μοτίβο δραστηριότητας σε μια δεδομένη χρονική στιγμή. Όταν οι φυγόκεντρες ίνες ήταν σε άλλη κατάσταση, τα κύτταρα στον εγκεφαλικό φλοιό βελτίωσαν τόσο την ακρίβεια όσο και την ταχύτητα με την οποία τα κύτταρα ανίχνευαν και ταξινόμησαν την οσμή με βάση τα πρότυπα της εγκεφαλικής δραστηριότητας με την πάροδο του χρόνου.
Πώς αντιλαμβάνεται τις οσμές ο εγκέφαλος;
«Αυτά τα ευρήματα αποκαλύπτουν μια βασική αρχή του νευρικού συστήματος, την ευελιξία στα είδη των υπολογισμών που κάνει ο εγκέφαλος για να αναπαραστήσει πτυχές του αισθητηριακού κόσμου», δήλωσε ο αναπληρωτής καθηγητής Νευροεπιστήμης και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης, που πρόσφατα δημοσιεύτηκε στο Cell Reports.
Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα μοντέλο για να προσομοιώσουν τη λειτουργία του πρώιμου οσφρητικού συστήματος, του δικτύου στο οποίο βασίζεται ο εγκέφαλος για την όσφρηση. Χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις από υπολογιστή, βρήκαν ένα συγκεκριμένο σύνολο συνδέσεων, που ονομάζονται φυγόκεντρες ίνες, που μεταφέρουν σήματα από άλλα μέρη του κεντρικού νευρικού συστήματος στις πρώιμες αισθητήριες περιοχές του εγκεφάλου, οι οποίες παίζουν κρίσιμο ρόλο.
Αυτές οι φυγόκεντρες ίνες λειτουργούν ως διακόπτης, εναλλάσσοντας διαφορετικές στρατηγικές για την αποτελεσματική αναπαράσταση των οσμών. Όταν οι φυγόκεντρες ίνες βρίσκονταν σε συγκεκριμένη κατάσταση, τα κύτταρα στον κατώτερο φλοιό -όπου σχηματίζεται η αντίληψη μιας οσμής- βασίστηκαν στο μοτίβο δραστηριότητας σε μια δεδομένη χρονική στιγμή. Όταν οι φυγόκεντρες ίνες ήταν σε άλλη κατάσταση, τα κύτταρα στον εγκεφαλικό φλοιό βελτίωσαν τόσο την ακρίβεια όσο και την ταχύτητα με την οποία τα κύτταρα ανίχνευαν και ταξινόμησαν την οσμή με βάση τα πρότυπα της εγκεφαλικής δραστηριότητας με την πάροδο του χρόνου.
Μυρωδιά σαν… συμφωνία ή πίνακας
Αυτές οι διαδικασίες υποδηλώνουν ότι ο εγκέφαλος έχει πολλαπλές αποκρίσεις στην αναπαράσταση μιας οσμής. Σε μια στρατηγική, ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί ένα στιγμιότυπο, όπως έναν πίνακα ή μια φωτογραφία, σε μια δεδομένη στιγμή για να καταγράψει τα βασικά χαρακτηριστικά της όσφρησης. Στην άλλη στρατηγική, ο εγκέφαλος παρακολουθεί τα εξελισσόμενα μοτίβα. Συντονίζεται με τα κύτταρα που ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται, σαν συμφωνία.
Τα μαθηματικά μοντέλα που ανέπτυξαν οι ερευνητές υπογραμμίζουν το κρίσιμο χαρακτηριστικό του νευρικού συστήματος, όχι μόνο την ποικιλομορφία όσον αφορά τα στοιχεία που συνθέτουν τον εγκέφαλο αλλά και τον τρόπο με τον οποίο αυτά συνεργάζονται για να βοηθήσουν τον εγκέφαλο να βιώσει τον κόσμο της όσφρησης.
Αυτά τα μαθηματικά μοντέλα αποκαλύπτουν κρίσιμες πτυχές για το πώς μπορεί να λειτουργεί το οσφρητικό σύστημα στον εγκέφαλο και θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη δημιουργία τεχνητών υπολογιστικών συστημάτων εμπνευσμένων από τον εγκέφαλο, καταλήγουν οι ερευνητές.
