Люди присваивают «валентность запаха» приятным запахам (шипящий бекон) и неприятным запахам (тухлая рыба). Новое исследование показывает, как мозг кодирует положительные и отрицательные стимулы и почему обоняние является молниеносной системой предупреждения.
Запахи с отрицательной валентностью обрабатываются быстрее, чем приятные ароматы. Неприятные запахи вызывают мгновенное поведение избегания.
Люди и другие животные полагаются на обоняние для выживания. Положительные запахи заставляют млекопитающих искать приятные вознаграждения (например, вкусную еду, секс). С другой стороны, неблагоприятные запахи предупреждают об опасности (например, токсичные испарения, гнилая пища) и отталкивают нас от вещей, которые могут причинить физический вред или привести к смерти.
Около 5 процентов человеческого мозга отведено органу обоняния, который позволяет нам различать миллионы различных запахов в течение нескольких миллисекунд после того, как мы уловили запах, вдыхаемый через носовые ходы. Некоторые запахи нейтральны, но большинство запахов имеют положительную или отрицательную валентность и кодируются в бессознательных областях мозга как хорошие/безопасные или плохие/опасные.
Валентность запаха заставляет нас приблизиться или отталкивает нас. Новое исследование (Iravani et al., 2021), проведенное в шведском Каролинском институте, о том, как обонятельная луковица обрабатывает положительную и отрицательную «валентность запаха», проливает свет на то, как неприятный запах мгновенно подготавливает центральную нервную систему и моторную кору к тому, чтобы избежать опасности. Эти результаты были опубликованы 19 октября в рецензируемом журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Бехзад Иравани и его коллеги обнаружили, что запахи, ассоциирующиеся с неприятными ощущениями, обрабатываются раньше и быстрее, чем запахи с положительной валентностью. Кроме того, запахи с негативной валентностью вызывают немедленную реакцию избегания через моторную кору головного мозга.
«Человеческая реакция избегания на неприятные запахи, связанные с опасностью, долгое время рассматривалась как сознательный когнитивный процесс, но наше исследование впервые показывает, что она бессознательна и чрезвычайно быстра», — сказал Иравани, исследователь из Каролинского отделения клинической нейронауки, в пресс-релизе. «Полученные результаты позволяют предположить, что обоняние играет важную роль в нашей способности обнаруживать опасность в непосредственной близости, и в значительной степени эта способность является более бессознательной, чем наша реакция на опасность, опосредованная органами зрения и слуха».
Для исследования человека шведские ученые использовали электрофизиологические показатели обонятельной луковицы (ОБ) в ответ на запахи с положительной и отрицательной валентностью. Примечательно, что они обнаружили, что ОБ реагирует на негативные запахи гораздо быстрее, чем на приятные.
В течение примерно 300 миллисекунд после того, как человек почувствовал запах гнили, обонятельный орган может передать сигнал в моторную кору головного мозга, который немедленно заставляет его тело двигаться в сторону от потенциально опасного запаха. Это молниеносное поведение избегания всем телом, вызываемое запахами с отрицательной валентностью, происходит почти мгновенно.
Однако запахи с положительной валентностью, которые могут заставить людей подойти ближе и сделать второй вдох, обрабатываются по гораздо более медленному каналу, который, похоже, не вызывает автоматической реакции подготовки к бою или бегству в моторной коре.
Еще одно недавнее исследование (Zhang et al., 2021), посвященное тому, как положительные и отрицательные стимулы заставляют и отталкивают мозг млекопитающих, показало, что в базолатеральной миндалине (BLA) есть два различных класса нейронов, которые управляют валентно-специфическим поведением у мышей. Эти результаты исследований Лаборатории Колд Спринг Харбор были опубликованы 18 октября в рецензируемом журнале Nature Neuroscience.
Нейроны отрицательной валентности активируются при аверсивных или вредных стимулах, тогда как нейроны положительной валентности реагируют на приятные или вознаграждающие стимулы.
У мышей каждый класс нейронов BLA передает информацию о положительной или отрицательной валентности через различные миндале-стриатальные цепи, которые проецируются от обонятельного бугорка и ядра аккумбенса. Следовательно, валентно-специфическая мотивация избегать чего-то опасного или искать что-то полезное связана с валентно-специфическими нейронами BLA с отличительными структурами входа-выхода.
Примечательно, что оба типа валентно-специфических нейронов разбросаны по всей базолатеральной миндалине и сосуществуют бок о бок. «Они пространственно перемешаны. Когда вы начинаете их изображать, вы понимаете, что некоторые нейроны реагируют только на хорошие вещи, некоторые — только на плохие, точно так же, как перец и соль, смешанные вместе, выполняют разную работу», — пояснил старший автор исследования Бо Ли в пресс-релизе.
Необходимо провести дополнительные исследования обонятельных мотивационных схем, чтобы лучше понять, как негативная или позитивная валентность запаха вызывает избегающее или ищущее поведение через специфические для валентности схемы мозга, которые могут вызывать зависимость, тревогу и посттравматические стрессовые расстройства (ПТСР).
Behzad Iravani, Martin Schaefer, Donald A. Wilson, Artin Arshamian, Johan N. Lundström. “The Human Olfactory Bulb Processes Odor Valence Representation and Cues Motor Avoidance Behavior.” PNAS (First published: October 19, 2021)
Xian Zhang, Wuqiang Guan, Tao Yang, Alessandro Furlan, Xiong Xiao, Kai Yu, Xu An, William Galbavy, Charu Ramakrishnan, Karl Deisseroth, Kimberly Ritola, Adam Hantman, Miao He, Z. Josh Huang & Bo Li. “Genetically Identified Amygdala–Striatal Circuits for Valence-Specific Behaviors.” Nature Neuroscience (First published: October 18, 2021)