بو بوی

والاتر از فیلم بوی از رمز و راز در سال 1960 مشخص شده یک رویداد منحصر به فرد در annals سینما: اولین و آخرین حرکت, عکس debut "در شکوه Smell-O-Vision." به امید مرسی از علاقمندان به سینما با یک پویا بویایی تجربه در کنار آشنا عینک دید و صدا را انتخاب کنید و تئاتر شد و مجهز به یک Rube Goldberg-esque دستگاه که مبتنی رایحه های مختلف به طور مستقیم به صندلی.

مخاطبان و منتقدان به سرعت به این نتیجه رسیدند که تجربه stunk. مملو از ویژگی های مسائل Smell-O-Vision شد panned شد و تهوع در حال اجرا است که دارای یک محل منحصر به فرد در تاریخ سرگرمی. بدترین بازیکن میدان از Smell-O-Vision اما موفق به جلوگیری از کارآفرینان از ادامه تعقیب رویای تحویل بوی به مصرف کنندگان به خصوص در سال های اخیر از طریق دیجیتال عطر فن آوری.

چنین تلاش هایی تولید شده اند اخبار اما اندک موفقیت به دلیل در بخشی به درک محدود از مغز چگونه بوی ترجمه شیمی به برداشت از بوی--یک پدیده است که در بسیاری از راه های باقی مانده مات به دانشمندان.

یک مطالعه توسط neurobiologists در دانشکده پزشکی هاروارد در حال حاضر فراهم می کند بینش جدید به رمز و راز از عطر و بوی. گزارش در طبیعت در جولای 1, محققان توصیف برای اولین بار چگونه روابط بین های مختلف بوهای شده در گروه بویایی قشر در این منطقه از مغز که مسئول پردازش بویایی.

با ارائه بو با دقت انتخاب ساختار مولکولی و تجزیه و تحلیل فعالیت عصبی را در بیدار موش تیم نشان داد که عصبی نمایندگی از بوی قشر منعکس کننده شیمیایی شباهت های بین بو و در نتیجه قادر می سازد عطر را می توان به دسته های مغز. این نمایندگی می تواند rewired با تجربیات حسی.

این یافته ها نشان می دهد neurobiological ساز است که ممکن است توضیح دهد که چرا افراد شایع است اما بسیار شخصی و تجارب با بوی.

"همه ما مشترک چارچوب مرجع با بوی. من و شما هر دو فکر می کنم لیمو و آهک بوی مشابه و معتقدند که آنها بوی متفاوت, پیتزا, اما تا به حال ما نمی دانیم چگونه مغز سازماندهی این نوع از اطلاعات" گفت: ارشد نویسنده مطالعه Sandeep رابرت Datta, دانشیار نوروبیولوژی در Blavatnik موسسه در HMS.

نتایج باز کردن راه های جدید مطالعه برای درک بهتر مغز تبدیل اطلاعات در مورد بوی شیمی به درک از بوی.

"این اولین بار است که نمایشی از نحوه بویایی قشر کد اطلاعات در مورد چیزی که بسیار است که آن مسئول است که بوی شیمی اساسی نشانه های حسی بویایی" داتا گفت.

محاسبات بوی

حس بویایی اجازه می دهد تا حیوانات به شناسایی ماهیت شیمیایی از جهان اطراف آنها را. حسی نورون در بینی تشخیص بوی مولکول ها و رله سیگنال به بویایی لامپ یک ساختار در forebrain که در آن بوی اولیه پردازش رخ می دهد. گروه بویایی لامپ در درجه اول انتقال اطلاعات به قشر انتورينال اصلی ساختار بویایی قشر به صورت جامع تر پردازش.

بر خلاف نور یا صدا محرک راحتی توسط کنترل افزایش سرعت ویژگی های از قبیل فرکانس و طول موج آن را دشوار است به پروب چگونه مغز ایجاد عصبی نمایندگی از مولکول های کوچک است که انتقال بو. اغلب ظریف تغییرات شیمیایی--چند اتم کربن در اینجا و یا اتم اکسیژن وجود دارد--می تواند منجر به تفاوت معنی داری در بوی ادراک.

داتا همراه با مطالعه اولین نویسنده استن Pashkovski تحقیقات همکار در نوروبیولوژی در HMS و همکاران با نزدیک شدن به این چالش با تمرکز بر این پرسش که چگونه مغز شناسایی مرتبط اما مجزا بو.

"واقعیت این است که همه ما فکر می کنم یک لیمو و آهک بوی شبیه به این معنی است که ترکیب شیمیایی آنها باید به نحوی موجب مشابه و یا مرتبط بازنمودهای عصبی در مغز ما" داتا گفت.

بررسی محققان با توسعه رویکرد به لحاظ کمی در مقایسه بوی مواد شیمیایی مشابه چگونه تفاوت در طول موج برای مثال می توان به لحاظ کمی در مقایسه رنگ های نور است.

آنها با استفاده از یادگیری ماشین به نگاه هزاران نفر از ساختار شیمیایی شناخته شده به بو و تجزیه و تحلیل هزاران نفر از ویژگی های مختلف برای هر یک از ساختار مانند تعداد اتم وزن مولکولی خواص الکتروشیمیایی و بیشتر. این اطلاعات اجازه محققان به طور سیستماتیک محاسبه چگونه مشابه یا متفاوت هر گونه بوی بد شد نسبت به دیگری است.

از این کتابخانه این تیم طراحی شده سه مجموعه بو: یک مجموعه با تنوع بالای; یکی با متوسط تنوع با بو تقسیم مرتبط با خوشه; و یکی از کم تنوع که در آن ساختارهای متنوع تنها با افزایشی افزایش کربن-طول زنجیره.

سپس آنها را در معرض موش به ترکیبی از بوی از مجموعه های مختلف و استفاده multiphoton میکروسکوپ به تصویر الگوهای فعالیت عصبی در قشر انتورينال و بویایی لامپ.

بوی پیش بینی

این آزمایش نشان داد که شباهت در بوی شیمی شد آینه با شباهت ها در فعالیت های عصبی. مربوط بو تولید شده در ارتباط نورونی الگوهای در هر دو قشر انتورينال و بویایی لامپ به عنوان اندازه گیری توسط همپوشانی در فعالیت نورون. ضعیف مربوط بو, مقابل, تولید ضعیف فعالیت های مرتبط با الگوهای.

در قشر مربوط بو رهبری به شدت به خوشه الگوهای فعالیت عصبی در مقایسه با الگوهای در گروه بویایی لامپ. این مشاهدات برگزار واقعی در سراسر فردی موش. قشر نمایندگی از بوی روابط خیلی خوبی در ارتباط است که آنها را می توان مورد استفاده برای پیش بینی هویت یک برگزار کردن بوی در یک ماوس مبتنی بر اندازه گیری ساخته شده در های مختلف ماوس.

اضافی تجزیه و تحلیل شناسایی یک آرایه متنوع از ویژگی های شیمیایی مانند وزن مولکولی و برخی از خواص الکتروشیمیایی که مربوط به الگوهای فعالیت عصبی. اطلاعات gleaned از این ویژگی ها بود به اندازه کافی قوی به پیش بینی قشر پاسخ به بوی در یک حیوان بر اساس آزمایش با یک مجموعه جداگانه از بو در حیوانات مختلف.

این پژوهشگران همچنین دریافتند که این بازنمودهای عصبی بودند ، موشها بارها و بارها داده شده مخلوطی از دو بو و در طول زمان مربوطه عصبی الگوهای این بو در این قشر بیشتر شد همبسته. این رخ داده است و حتی زمانی که دو بو حال متفاوت شیمیایی سازه های.

توانایی این قشر به سازگار تولید شد, در بخش, توسط شبکه ای از سلول های عصبی است که به صورت انتخابی تغییر شکل و بوی روابط است. زمانی که فعالیت طبیعی از این شبکه ها مسدود شده بود که قشر کد گذاری بوی بیشتر مانند بویایی لامپ.

"ما ارائه دو بو به عنوان اگر آنها از همان منبع و مشاهده شده است که مغز می تواند تنظیم مجدد خود را به منعکس کننده منفعل بویایی تجربه" داتا گفت.

بخشی از دلیل که چرا چیزهایی مانند لیمو و آهک بوی یکسان او اضافه شده است به احتمال زیاد به خاطر حیوانات همان گونه مشابه ژنوم و در نتیجه شباهت در بوی ادراک. اما هر فردی برداشت شخصی نیز هست.

"انعطاف پذیری این قشر ممکن است کمک به توضیح دهد که چرا بوی است که در یک دست و یکسان بین افراد و در عین حال قابل تنظیم بسته ما تجربه منحصر به فرد" داتا گفت.

با هم نتایج این مطالعه نشان می دهد برای اولین بار چگونه مغز کد روابط بین بو. در مقایسه نسبتا خوبی درک بصری و شنوایی قشر آن است که هنوز مشخص نیست چگونه بویایی قشر تبدیل اطلاعات در مورد بوی شیمی به درک از بوی.

شناسایی چگونه بویایی قشر نقشه های مشابه بو در حال حاضر فراهم می کند بینش جدید است که اطلاع رسانی و تلاش برای درک و به طور بالقوه کنترل حس بویایی با توجه به نویسندگان.

"ما کاملا نمی دانند چگونه شیمی ترجمه برای ادراک هنوز" داتا گفت. "وجود دارد هیچ کامپیوتر الگوریتم و یا ماشین است که به یک ساختار شیمیایی و به ما بگویید چه که مواد شیمیایی را مانند بوی."

"در واقع به ساخت آن دستگاه و قادر به روزی ایجاد یک کنترل مجازی بویایی جهان برای یک فرد ما نیاز به درک چگونه مغز کد اطلاعات در مورد بوی" داتا گفت. "ما امیدواریم که یافته های ما یک گام در این مسیر."

###

اضافی نویسندگان در این مطالعه عبارتند از: Giuliano Iurilli دیوید Brann دانیل Chicharro, کریستن Drummey کوین فرانکها و استفانو Panzeri.

این مطالعه با حمایت Vallee, بنیاد موسسه ملی بهداشت (RO11DC016222, U19NS112953) و سایمونز همکاری در جهانی مغز است.

DOI: 10.1038/s41586-020-2451-1