Zdolność wykrywania i reagowania na potencjalne zagrożenia jest niezbędna do przetrwania gatunku – zarówno ludzi, jak i innych zwierząt. Zespół naukowców z Karolinska Institutet w Szwecji postanowił sprawdzić, jaką rolę w tym procesie odgrywa węch. W tym celu zastosował nową, autorską technikę, która umożliwia prześledzenie, co dzieje się w mózgu, kiedy ocenia on jakiś zapach jako niebezpieczny. Wyniki tego badania, opublikowane na łamach prestiżowego czasopisma PNAS, wskazują na istnienie odrębnej ścieżki neuronalnej reprezentującej „węchowy system wczesnego ostrzegania”.

Unerwienie ludzkiego narządu węchu stanowi około 5% ośrodkowego układu nerwowego, co umożliwia nam rozróżnianie milionów różnych zapachów. Część z nich wydzielana jest przez substancje niebezpieczne dla zdrowia i życia – np. chemikalia lub zepsute pożywienie. Wykrywanie takich zagrożeń jest kluczowym aspektem sztuki przetrwania. Bodźce węchowe mogą przebyć ścieżkę od nosa do mózgu w zaledwie ok. 100 – 150 milisekund. Zatem węch może służyć do błyskawicznego wykrywania zagrożeń w środowisku. Jednak dotychczas nie udało się odkryć neuronalnych mechanizmów zaangażowanych w przetwarzanie informacji zapachowych na reakcję unikania. Przedsięwzięcie to jest szczególnym wyzwaniem w przypadku badań na ludziach, ponieważ do tej pory nie została opracowana nieinwazyjna metoda pomiaru aktywności opuszki węchowej – głównej struktury zaangażowanej w interpretację zapachów.

Dlatego pierwszym krokiem naukowców z Karolinska Instituet było opracowanie techniki pozwalającej na rejestrację aktywności opuszki węchowej. Ta struktura znajduje się w węchomózgowiu i posiada bezpośrednie, monosynaptyczne połączenia z ośrodkami układu nerwowego, które odpowiadają za wykrywanie i zapamiętywanie zagrożeń oraz zarządzają reakcjami motorycznymi. Dzięki wiedzy o tych połączeniach naukowcom udało się stworzyć technikę analizy sygnału EEG (elektroencefalogramu), która umożliwia detekcję aktywności opuszki węchowej. Uzbrojeni w to narzędzie, przeprowadzili następnie serię eksperymentów, w których udział wzięło 19 uczestników. Badani zostali poproszeni o ocenę sześciu różnych zapachów, podczas gdy aktywność ich mózgów rejestrował system EEG, a reakcje behawioralne na poszczególne zapachy były nagrywane.

Wyniki eksperymentów ujawniły, że wraz z oceną zapachów w opuszce węchowej pojawił się zarówno rytm aktywności beta (12.5 – 30 Hz, związany z czuwaniem), jak i gamma (40 – 70 Hz, związany z koncentracją). Jednakże jedynie zapachy postrzegane jako negatywne wzbudzały wczesną odpowiedź o częstotliwości beta, po której następowała reakcja kory motorycznej. Wyniki behawioralne wykazały, że w wypadku negatywnie ocenionych zapachów i wzbudzenia wczesnej aktywności beta dochodziło do fizycznego odsunięcia się od źródła zapachu. Te rezultaty pokazują, że opuszka węchowa przetwarza bodźce na wielu poziomach. Ponadto, poprzez aktywność o częstotliwości beta, posiada zdolność wzbudzania aktywności kory motorycznej i inicjowania reakcji unikania.

„Opuszka węchowa błyskawicznie reagowała na pojawienie się nieprzyjemnego zapachu i wysyłała do kory motorycznej mózgu bezpośredni sygnał, który docierał tam już w 300 milisekund po prezentacji bodźca. Aktywacja kory motorycznej powodowała, że uczestnik nieświadomie odchylał się do tyłu, by odsunąć się od źródła zapachu. Te wyniki wskazują na rolę węchu we wczesnej detekcji zagrożenia. Ujawniają także, że działanie tego systemu przebiega w dużej mierze poza naszą świadomością” – opowiada Johan Lundström, autor badania i profesor na Wydziale Neuronauki Klinicznej w Karolinska Institutet.

NK

Bibliografia:
Behzad I. et al. The human olfactory bulb processes odor valence representation and cues motor avoidance behavior. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021

Dodaj komentarz