رمزگشایی از بو
با کشف جدید دانشمندان، اکنون می‌توان به این پرسش قدیمی که مغز برای بروز یک رفتار، چگونه اطلاعات حسی را فرامی‌خواند، پاسخ داد
عمادالدین قاسمی‌پناه ـ خبرنگار
دانشمندان دریافته‌اند که مغز پستانداران چگونه بو را درک می‌کند و یک بو را از هزاران بوی دیگر تشخیص می‌دهد.
پژوهشگران دانشکده پزشکی NYU Grossman طی آزمایش‌هایی که روی موش‌ها انجام داده‌اند، برای نخستین بار یک شناسه الکتریکی را که در مرکز پردازش بوی مغز (پیاز بویایی)، شبیه بو حس می‌شود، خلق کرده‌اند. این اتفاق حتی اگر هیچ بویی وجود نداشته باشد به وسیله موش احساس می‌شود.
مدیکال اکسپرس در گزارشی نوشته است: از آنجا که سیگنال شبیه‌ساز بو به‌طور مصنوعی ایجاد شده بود، پژوهشگران می‌توانستند زمان و ترتیب علامت‌دهی(signaling) عصبی مرتبط با آن را دستکاری کنند و مهم‌ترین تغییرات در توانایی موش‌ها برای شناسایی دقیق بوی مصنوعی را تشخیص دهند.
ادموند چونگ، پژوهشگر ارشد و دانشجوی دکتری دانشگاه NYU Langone Health می‌گوید: رمزگشایی از چگونگی عملکرد مغز برای تشخیص بو پیچیده است، زیرا برخلاف حس‌های دیگر، مانند بینایی، ما هنوز از مهم‌ترین ابعاد و ویژگی‌های بوهای منحصر به فرد بی‌اطلاع هستیم. به‌عنوان مثال، مغز برای تشخیص چهره یک فرد می‌تواند براساس نشانه‌های عینی مانند چشم او عمل کند، حتی بدون دیدن بینی و گوش فرد مورد شناسایی. اما این ویژگی‌های متمایز که به وسیله مغز ثبت شده است، هنوز در مورد همه بوها وجود ندارد.
نتایج مطالعه حاضر که در 18ژوئن به‌صورت آنلاین در مجله Science منتشر شده، بر پیازهای بویایی تمرکز کرده که در پشت بینی حیوانات و انسان‌ها قرار دارد. مطالعات گذشته نشان داده است که مولکول‌های موجود در هوا که حاوی رایحه‌های مختلف هستند، به سلول‌های گیرنده در بینی منتقل می‌شوند. پس از آن، علائم الکتریکی به رشته‌های عصبی واقع در پیاز بویایی با نام گلومرول فرستاده و سپس به سلول‌های مغزی (نورون‌ها) ارسال می‌شوند.
پژوهشگران می‌گویند که زمان‌بندی و ترتیب فعال‌سازی گلومرول‌ها برای هر بو و سیگنال‌هایی که به قشر مغز منتقل می‌شوند، اختصاصی و منحصر به‌فرد است. این فرایند اختصاصی چگونگی درک حیوان از بو و واکنش به آن را کنترل می‌کند و همچنین باعث به‌خاطرآوردن یک بوی مشخص می‌شود. اما از آنجا که بوها می‌توانند به مرور زمان تغییر کنند و با هم مخلوط شوند، دانشمندان تلاش کرده‌اند تا به شکلی دقیق، یک شناسه منحصر به‌فرد بو را در چندین نوع نورون ردیابی کنند.
پژوهشگران برای این مطالعه جدید آزمایش‌هایی را با استفاده از موش‌هایی که از نظر ژنتیک در آزمایشگاه دیگری مهندسی شده بودند، انجام دادند. سلول‌های عصبی این موش‌ها با استفاده از روشی به نام اپتوژنیک، با تابش نور فعال می‌شد. آنها در مرحله بعد، موش‌ها را آموزش دادند تا علامتی را که به وسیله فعال‌شدن 6گلومرول با نور ایجاد می‌شد، شناسایی کنند. این فرایند شبیه به الگویی است که از طریق بو به‌وجود می‌آید. موش‌ها فقط وقتی که بوی صحیح را درک می‌کردند و یک اهرم را فشار می‌دادند، به‌عنوان پاداش می‌توانستند آب بخورند.
اگر موش‌ها پس از فعال‌کردن مجموعه‌ای متفاوت از گلومرول‌ها (شبیه‌سازی یک بوی متفاوت) اهرم را فشار می‌دادند، به آنها آب داده نمی‌شد. پژوهشگران با استفاده از این مدل، زمان‌بندی و ترکیب گلومرول‌های فعال‌شده را تغییر دادند و مشاهده کردند که هر تغییر چطور بر ادراک موش که در رفتارش نمایان می‌شد تأثیر می‌گذارد. این کار باعث شد که دقت موش‌ها برای دریافت پاداش افزایش یابد. پژوهشگران همچنین دریافتند که تغییر در کدام گلومرول‌ها در هر مجموعه از بوی ساخته‌شده در مرحله اول، منجر به کاهش 30درصدی توانایی یک موش برای حس‌کردن صحیح علامت بو و در نتیجه دریافت پاداش آب می‌شود. تغییر در گلومرول‌های آخر در هر مجموعه بو با کاهش 5درصدی در تشخیص دقیق بو همراه بود.
پژوهشگران می‌گویند که زمان‌بندی فعال‌سازی‌‌های گلومرول‌ها مانند نت‌های یک ملودی عمل می‌کنند که تأخیر یا وقفه در «نت»های اولیه باعث کاهش دقت می‌شود. کنترل دقیق مدل پژوهشگران از نظر زمان، تعداد و نوع گیرنده‌ها و گلومرول‌هایی که در موش‌ها فعال می‌شدند، این گروه را قادر ساخت تا متغیرهای زیادی را بررسی کنند.
دیمیتری رینبرگ، پژوهشگرارشد این مطالعه و متخصص مغز و اعصاب می‌گوید: اکنون که ما مدلی برای تقسیم‌بندی زمان و نظم فعال‌سازی گلومرول‌ها داریم، می‌توانیم تعداد و نوع گیرنده‌های مورد نیاز پیاز بویایی را برای شناسایی یک بوی خاص بررسی کنیم. او توضیح می‌دهد که بینی انسان تقریباً 350نوع گیرنده بو دارد، درحالی‌که موش‌هایی که حس بویایی آنها بسیار تخصصی‌تر است، بیش از 1200گیرنده دارند.
رینبرگ می‌گوید: برای نخستین بار، نتایج پژوهش ما یک کد را برای تبدیل اطلاعات حسی به درک یک بو به وسیله مغز شناسایی کرد. این نتایج، ما را برای پاسخ به این پرسش قدیمی که مغز برای بروز یک رفتار، چگونه اطلاعات حسی را فرا می‌خواند، کمک می‌کند.
پیچیدگی رمزگشایی
رمزگشایی از چگونگی عملکرد مغز برای تشخیص بو پیچیده است، زیرا برخلاف حس‌های دیگر، مانند بینایی، ما هنوز از مهم‌ترین ابعاد و ویژگی‌های بوهای منحصر به فرد بی‌اطلاع هستیم. به‌عنوان مثال، مغز برای تشخیص چهره یک فرد می‌تواند براساس نشانه‌های عینی مانند چشم او عمل کند، حتی بدون دیدن بینی و گوش فرد مورد شناسایی
