Запахи, которые мы связываем с отвращением и дискомфортом, побуждают наше тело реагировать физическим избеганием и обрабатываются раньше, чем запахи, связанные с привлекательностью, показало новое исследование.

Чувствовать и реагировать на запахи, намекающие на возможную опасность, является обязательным условием для млекопитающих. Исследователи из Каролинского института в Швеции использовали новый метод для анализа того, как мозг реагирует на запахи, которые он связывает с опасностью.

Бехзад Иравани, исследователь из отделения клинической неврологии Каролинского института и первый автор исследования, объяснил: «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».

Для того чтобы выжить, живые организмы должны избегать опасности. Считается, что обоняние играет жизненно важную роль в определении и реагировании на возможную опасность для человека.

Около пяти процентов нашего мозга составляет орган обоняния (обонятельная луковица), который помогает нам различать и характеризовать миллионы запахов. Многие из этих запахов связаны с опасностью для нашего выживания и благополучия, например, заплесневелые продукты или химикаты. Мозг распознает запахи уже через 100-150 миллисекунд после вдыхания их через нос.

Неизвестно, какие нейронные механизмы у людей отвечают за перевод неприятных запахов в физическое избегание. Во многом это связано с тем, что неинвазивные методы анализа сигналов от обонятельного органа, первого отдела нашего «носового мозга» (ринэнцефалона), который соединяется со значительными частями нервной системы, помогающими различать, запоминать и избегать опасности, очень ограничены.

Новая методика, разработанная исследователями Каролинского института, впервые позволила проанализировать эти специфические сигналы от обонятельного органа у человека.

Исследование, опубликованное в журнале PNAS, состояло из трех экспериментов. Участники должны были оценить свое знакомство и впечатление от шести запахов, различающихся по степени позитивности и негативности, а исследователи анализировали электрофизиологическую активность органа обоняния, связанную с каждым отдельным запахом.

Один из авторов исследования Йохан Лундстрем, доцент кафедры клинической неврологии Каролинского института, подытожил: «Было ясно, что луковица специфически и быстро реагирует на негативные запахи и посылает прямой сигнал в моторную кору головного мозга в течение примерно 300 мс. Этот сигнал заставляет человека бессознательно отклониться назад и в сторону от источника запаха. Полученные результаты позволяют предположить, что обоняние играет важную роль в нашей способности обнаруживать опасность в непосредственной близости, и эта способность в большей степени бессознательна, чем наша реакция на опасность, опосредованная органами зрения и слуха».

Источник

Когда дело доходит до тренировки мозга, обоняние — это, возможно, последнее, что, по вашему мнению, может улучшить его работу. Изучать новый язык или читать больше книг – конечно. Но обоняние?

Между тем, наша обонятельная система – одна из самых пластичных систем вашего мозга. Нейропластичность описывает, как мозг гибко адаптируется к изменениям в окружающей среде или при травмах.

Если мы стимулируем мозг новыми навыками и умениями, то его нервные структуры укрепляются и это усиливает адаптивные способности мозга, тем самым сохраняя его молодость.

Наша система обоняния особенно хорошо умеет и обновляться, и ремонтировать себя. Так, например, обонятельные клетки недавно были использованы для пересадки человеку при травме спинного мозга (Nakhjavan-Shahraki et al., 2018).

Помните поговорку что «нервные клетки не восстанавливаются»? Обонятельная система – одно из исключений: люди получают новые обонятельные нейроны каждые три-четыре недели на протяжении всей своей жизни, а не только во время развития ребенка. Эти сенсорные нейроны располагаются на слизистой носа, где они собирают находящиеся в воздухе химические вещества и посылают сигналы активности прямо в мозг. Если бы не эта постоянная регенерация сенсорных клеток в вашем носу, мы бы прекратили распознавать запахи уже после первой простуды.

С возрастом эта способность ослабевает, как и наше обоняние. Обонятельные характеристики снижаются примерно к 70 годам, так как регенерация обонятельных нейронов замедляется. Однако этот процесс возрождения никогда не прекращается полностью. Тренировка обоняния помогает замедлить этот спад и предлагает отличный способ повысить пластичность вашего мозга.

Недавние исследования показывают (Frasnelli et al., 2009), что обонятельные способности к восприятию запахов ассоциируется с утолщением коры головного мозга. И, наоборот: у людей, потерявших обоняние, ученые наблюдают уменьшение коркового вещества в областях, участвующих в обработке запаха.

Возник вопрос: можно ли изменить свой мозг, тренируя обоняние? Группа канадских ученых под руководством Фраснелли в 2019 году экспериментально установила (Al Aïn et al., 2019), что интенсивная тренировка в течение шести недель приводит к существенным структурным изменениям в некоторых регионах мозга.

Участники выполняли каждый день в течение 20-30 минут три задачи:

Задача по определению интенсивности: участники должны были расположить 16 образцов запаха по уровню концентрации, от самой слабой к самой большой.

Задача по идентификации: 11 образцов знакомого участникам аромата были смешаны с различным содержанием лимонного аромата, и надо было расположить их в порядке – где больше лимона и где меньше.

Задача определения: в половине из 14 пробирках был знакомый аромат, смешанный с другими ароматами, а в другой половине – были совершенно другие ароматы. Задача была определить, в каких пробирках есть целевой аромат.

Ответы фиксировались на точность и скорость. Такая интенсивная обонятельная тренировка привела к общему улучшению обоняния. Кроме того, усиление обонятельных навыков не ограничивалось только тем, что тренировалось, но также развило другие обонятельные способности. Так, в общем снизился порог обнаружения запаха, так называемая «тонкость обоняния», повысилась точность распознавания запаха, улучшилась идентификация запаха, то есть определение, какое из этих нескольких описаний аромата правильное. Также улучшилась свободная идентификация запаха.

Устарело представление о том, что наша система восприятия мира пассивна и мы лишь получаем сигналы из мира, которые он нам посылает. Как только мы улучшаем свое восприятие, например, обоняния, как мы тут же начинаем воспринимать мир иначе. Без преувеличения можно сказать, что тренированное обоняние позволяет взаимодействовать с миром иначе. Возможно, именно в обонянии содержится ключ к дверям на вашем пути.

Отредактированный период статьи Анны-Софии Барвич, известного специалиста по обонянию.

Barwich, A-S. (2020). How smell training can change your brain in six weeks—and why it matters. Neo. Life, August 2020. https://neo.life/2020/08/mind-your-nose/

Nakhjavan-Shahraki, B., Yousefifard, M., Rahimi-Movaghar, V., Baikpour, M., Nasirinezhad, F., Safari, S., Yaseri, M., Moghadas Jafari, A., Ghelichkhani, P., Tafakhori, A., & Hosseini, M. (2018). Transplantation of olfactory ensheathing cells on functional recovery and neuropathic pain after spinal cord injury; systematic review and meta-analysis. Scientific Reports, 8(1), 325.

Frasnelli, J., Lundström, J. N., Boyle, J. A., Djordjevic, J., Zatorre, R. J., & Jones-Gotman, M. (2009). Neuroanatomical correlates of olfactory performance. Experimental Brain Research, 201(1), 1–11.

Al Aïn, S., Poupon, D., Hétu, S., Mercier, N., Steffener, J., & Frasnelli, J. (2019). Smell training improves olfactory function and alters brain structure. NeuroImage, 189, 45–54.

Есть данные, что потеря обоняния начинает в возрасте 55 лет. Исследователи из Университета Копенгагена установили, что снижение обоняния у пожилых – довольно комплексный процесс.

У пожилых снижается чувствительность к запахам жареного мяса, лука и грибов, но при этом эти запахи продолжают нравиться так же сильно, как и в молодости. А вот чувствительность к запаху кофе падает, как падает и привлекательность этого запаха. Запахи апельсина, малины и ванили так же прекрасно распознаются, как и в молодости.

В этой теме много нюансов, и мы как раз проводим исследования. Одна из гипотез заключается в том, что люди пожилого возраста, которые четко отличают определенные запахи, такие как кофе, грибы, жареное мясо и жареный лук, будут иметь лучшие показатели физического и когнитивного здоровья, и возможно, выглядеть моложе своих лет.

Honnens de Lichtenberg Broge, E., Wendin, K., Rasmussen, M. A., & Bredie, W. L. P. (2021). Changes in perception and liking for everyday food odors among older adults. Food Quality and Preference, 93, 104254.

Искусственные нейронные сети приобретают способность чувствовать запахи так же, как это делает человеческий мозг.

Всего за несколько минут компьютерная модель может научиться чувствовать запахи с помощью машинного обучения. Согласно выводам исследователей, она формирует нейронную сеть, в точности повторяющую обонятельные схемы мозга животных, которые анализируют запаховые сигналы, когда делают это.

Гуанью Роберт Янг, младший научный сотрудник Института исследований мозга Макговерна при Массачусетском технологическом институте, заявил: «Используемый нами алгоритм имеет мало общего с естественным эволюционным процессом».

Янг и его команда считают, что их искусственная сеть поможет исследователям больше узнать об обонятельных путях мозга. Кроме того, эта работа демонстрирует полезность искусственных нейронных сетей для нейронауки. «Продемонстрировав, что мы можем точно соответствовать дизайну, я считаю, что мы можем повысить уверенность в том, что нейронные сети будут оставаться полезными инструментами для моделирования мозга», — говорит Янг.

Нейронные сети — это вычислительные инструменты, вдохновленные мозгом, в которых искусственные нейроны сами создают соединения с другими нейронами для выполнения определенных задач. Их можно обучить распознавать закономерности в больших массивах данных, что делает их полезными для распознавания речи, изображений и других форм искусственного интеллекта. Существуют доказательства того, что нейронные сети, которые делают это лучше всего, отражают деятельность нервной системы. Однако Ванг отмечает, что иначе организованные сети могут давать сопоставимые результаты, и неврологи до сих пор не уверены, точно ли искусственные нейронные сети воспроизводят схему биологических цепей. Он утверждает, что, имея подробные анатомические данные об обонятельных цепях плодовых мушек, «мы можем ответить на вопрос: Можно ли использовать искусственные нейронные сети для понимания мозга?».

Ученые поставили перед сетью задачу классифицировать данные, представляющие различные запахи, и правильно классифицировать отдельные ароматы и даже смеси запахов.

Искусственная сеть самоорганизовалась в считанные минуты, а полученная структура была поразительно похожа на мозг плодовой мушки. Каждый нейрон в слое сжатия получал информацию от определенного типа входного нейрона и, по-видимому, был соединен специальным образом с несколькими нейронами в слое расширения. Кроме того, каждый нейрон в слое расширения получает связи в среднем от шести нейронов в слое сжатия — точно так же, как это происходит в мозге плодовой мушки.

Теперь исследователи могут использовать модель для дальнейшего изучения этой структуры, изучая, как сеть развивается при различных настройках, изменяя схему таким образом, который невозможен экспериментально.

Подобные работы происходят по всему миру. Недавно японские исследователи предсказали письменные описания запаха, используя масс-спектры молекул и технологии обработки естественного языка.

Исследователи исследовательской лаборатории IBM предсказывали качества запаха, используя вкрапления слов и химико-информационные представления химических веществ.

То, как мозг обрабатывает запахи, заставляет ученых переосмыслить принципы построения алгоритмов машинного обучения. В области машинного обучения запах остается самым загадочным из чувств, и исследователи рады продолжать вносить свой вклад в его понимание путем дополнительного фундаментального изучения. Перспективы будущих исследований обширны: от разработки новых обонятельных химикатов, более доступных и устойчиво производимых, до оцифровки запаха или, возможно, когда-нибудь предоставления доступа к ароматам тем людям, у кого нет обоняния.

Источник

Алекс Маккатчан была здоровой, только что начавшей работать врачом, когда подхватила коронавирус в больнице Мельбурна. Прошло больше года, а она все еще страдает, и научные данные, пытающиеся объяснить причину этого, вызывают тревогу.

Большинство людей полагают, что, когда первые симптомы ослабевают, вирус просто исчезает через пару недель. Но теперь есть подозрение, что он может сохраняться в какой-то форме в теле и мозге, вызывая дополнительные повреждения, которые могут не проявляться годами. И есть миллионы людей, которые могут быть уязвимы.

27-летняя Маккатчан сидит в первом ряду, наблюдая за тем, как ученые приоткрывают завесу над судьбой «долгого Ковида». Она познакомилась с нейробиологом Лией Бошамп в 2012 году, когда обе готовились к поступлению на первый курс Мельбурнского университета.

Женщины стали лучшими подругами и жили в одном доме, будучи аспирантками. Сейчас они находятся по обе стороны от одного из самых распространенных и продолжительных симптомов Ковида — нарушения обоняния и вкуса: одна страдает от пережитого, а другая изучает долгосрочные последствия.

«Зная таких людей, как Лиа, я знаю, что, скорее всего, у таких людей, как я, будут какие-то долгосрочные заболевания, которые им не повезет получить», — говорит Маккатчан. «Я могу заболеть болезнью Паркинсона в 50 или 60 лет. Мы просто не знаем, что произойдет».

Целью коронавируса является белок на поверхности клеток, выстилающих дыхательные пути — от носа до самых дальних отделов легких. Внутри носовой полости клетки, которые поражает коронавирус, находятся рядом с нервами, которые сообщают мозгу об обнаружении запахов.

«Эта область носа очень интересна», — говорит Бошамп. «Это область тела, где центральная нервная система подвергается воздействию окружающей среды, что делает ее особенно уязвимой».

Поскольку Covid влияет на множество различных областей мозга и функций, таких как память, он может предрасполагать людей к нейродегенеративным заболеваниям, таким как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. В течение десятилетий после масштабной пандемии испанского гриппа 1918 года наблюдался всплеск случаев болезни Паркинсона.

По словам Бошампа, если подобный эффект возникнет после появления Ковида, это может привести к разрушению систем здравоохранения.

«Мы стараемся прислушиваться к этим тревожным сигналам, потому что не хотим быть застигнутыми врасплох», — говорит она. «Мы должны быть действительно готовы. И единственный способ сделать это — продолжать изучать ее и готовиться как можно лучше».

Интересно, что ранние проявления болезни Паркинсона и Альцгеймера также касаются обоняния. Поэтому тренировка обоняния может быть защитой от нарушений работы мозга.

Источник

Ученые из института Вейцмана и Тель-Авивского университета в Израиле проделали интересный эксперимент. Они подносили определенные пахнущие вещества к одной из ноздрей спящих участников исследования. Эти запахи активировали специфические воспоминания.

Если днем мы изучаем что-то новое, и сопровождаем процесс обучения определенным запахом, то во время сна мы можем, в определенной мере, продолжить процесс обучения, если будем обонять тот же запах.

Но ученые пошли дальше: они использовали уникальную характеристику обонятельной системы человека: если вдыхать запахи через левую ноздрю, то активируется преимущественно левое полушарие мозга; через правую – правое. Таким образом, ученые предположили, что обонятельная стимуляция одной ноздри может привести к «односторонней» активации мозга и, следовательно, если ее проводить во время сна, она может избирательно реагировать на воспоминания на одной стороне мозга.

Участникам подавали слова, расположенные на одной стороне монитора, так, что другой глаз (и соответствующее полушарие) этого не видел. Это сопровождалось запахом розы. Затем, во время сна, подавая аромат только в одну ноздрю, учёные могли активировать воспоминания только тех слов, которые были расположены на соответствующей стороне экрана.

Что это значит: по сути, найден перспективный способ активации полушария для терапии при травматических воспоминаниях. Они чаще всего хранятся на правой стороне.

Аналогично можно придумать о методах терапии при односторонних инсультах.

Ссылка: https://www.weizmann.ac.il/WeizmannCompass/sections/briefs/scent-of-a-memory