Τα γνωστά πειράματα »εξαρτημένων ερεθισμάτων» του Ιβάν Παβλόφ, αυτή τη φορά σε ακρίδες -και όχι σε σκύλους- παρέχουν νέες ενδείξεις για το πώς επιδρά η μυρωδιά στον εγκέφαλο.
Από το άρωμα του αχνιστού καφέ, μέχρι τη μυρωδιά της βροχής που νοτίζει το χώμα, το να ξεχωρίζεις τις εντάσεις και τα αρώματα είναι μία διαδικασία διασκεδαστική. Το πώς όμως, οι μυρωδιές μπορούν να γίνουν κατανοητές από τον εγκέφαλό, ανεξάρτητα από την εποχή, την τοποθεσία ή την ώρα είναι ένα περίπλοκο ερώτημα που πρέπει να απαντήσουμε οι ίδιοι.
Υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός νευρώνων που συνθέτουν τον οσφρητικό μας βολβό για να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε τα αρώματα γύρω μας.
Έτσι, οι ερευνητές στράφηκαν σε έναν απίθανο σύμμαχο, τις ακρίδες, για να καταλάβουν πώς οι μυρωδιές όπως ο καφές για παράδειγμα μυρίζει πάντα σαν καφέ, παραμένουν χαρακτηριστικές παρά τις μυριάδες άλλες μυρωδιές ή άλλους περιβαλλοντικούς παράγοντες που δυνητικά θα μπορούσαν να παρεμποδίσουν την απευθείας ταύτιση.
«Αυτό το επίτευγμα της αναγνώρισης προτύπων, που παραμένει δύσκολο να επιτευχθεί στα τεχνητά συστήματα χημικής αίσθησης, εκτελείται από τα περισσότερα αισθητήρια συστήματα για την επιβίωσή τους», έγραψε η ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημιου Washington, στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών Αμερικής (PNAS).
Πώς επιτυγχάνεται η ικανότητα στις ακρίδες
Η ομάδα έκανε αρχικά μια εκδοχή του Παβλόφ, ερωτώμενου πως επιδρά η όσφρηση σε μια αμερικανική ακρίδα (Schistocerca americana). Τοποθέτησαν ένα «αρωματικό» δίπλα στις κεραίες των πεινασμένων ακρίδων (έτσι μυρίζουν οι ακρίδες) και στη συνέχεια τις τάισαν. Αυτό προκάλεσε το άνοιγμα των εξωτερικών στοματικών τμημάτων των ακρίδων -που ονομάζουμε άνω γνάθος- τα οποία οι ερευνητές έβαψαν πράσινο χρώμα για ευκολία θέασης.
Μετά από μερικούς γύρους αυτής της προετοιμασίας, οι ακρίδες άνοιγαν την άνω γνάθο τους μόλις μύριζαν το άρωμα, χωρίς να υπάρχει τροφή στο οπτικό τους πεδίο. Αυτή η απόκριση σημαίνει ότι οι ακρίδες αναγνώρισαν το αρωματικό, το οποίο ήταν προφανώς ένα σημαντικό πρώτο βήμα.
Ενώ είχαν προσαρμοστεί στα έντομα μικροί αισθητήρες που παρακολουθούσαν τη νευρική τους δραστηριότητα, η ομάδα έλεγξε αν οι ακρίδες μπορούσαν να «πάρουν» την ίδια μυρωδιά σε διαφορετικές συνθήκες, όπως ξηρό ή υγρό περιβάλλον ή κατά μεταβαλλόμενα διαστήματα. Ενώ οι ακρίδες άνοιγαν κάθε φορά την «γνάθο», οι νευρώνες ενεργοποιούνταν με ασυνεπή μοτίβα ανάλογα με τις περιστάσεις.
«Οι νευρικές αποκρίσεις ήταν εξαιρετικά μεταβλητές», παραδέχτκε ο βιοϊατρικός μηχανικός και μέλος της ερευνητικής ομάδα, Barani Raman.
«Αυτό φαινόταν να έρχεται σε αντίθεση με αυτό που έκαναν οι ακρίδες, συμπεριφορικά».
Στα χνάρια του Παβλόφ
Οι ερευνητές στη συνέχεια εισήγαγαν τη μηχανική μάθηση (Respondent Conditioning ή Pavlovian Conditioning) για να προσδιορίσουν τι συνέβαινε. Γρήγορα έγινε φανερό ότι υπήρχε ένας αριθμός νευρώνων «ON» που ενεργοποιούνταν όταν υπήρχε ένα οσμικό ερέθισμα και νευρώνες «OFF» που ενεργοποιούνταν όταν η οσμή εξαφανίζονταν. Παρόλα αυτά δεν χρειάζονταν να είναι «συγχρονισμένοι» για να λειτουργήσουν.
Ο εγκέφαλος της ακρίδας χρειαζόταν μόνο την κατά προσέγγιση ποσότητα των νευρώνων ON να είναι ενεργοποιημένοι και οι νευρώνες OFF να είναι απενεργοποιημένοι για να «πει» ότι η μυρωδιά υπήρχε, με περιθώριο κίνησης για να καταπολεμήσει τυχόν αλλαγές για τις διαφορετικές συνθήκες που θα άλλαζαν τις μυρωδιές.
Αν και δεν είναι εφικτό να συσχετισθούν αυτά τα ευρήματα απευθείας με τους ανθρώπους, η μελέτη τέτοιων αποκρίσεων σε ένα απλούστερο ζωικό μοντέλο, όπως αυτό των εντόμων, βοηθά στην καλύτερη κατανόηση μερικών βασικών στοιχείων του τρόπου λειτουργίας των οσφρητικών συστημάτων γενικότερα.
Το πείραμα κατάφερε να δημιουργήσει ένα μοντέλο για το πώς ένα νευρικό σύστημα μπορεί να ανιχνεύσει μια συγκεκριμένη μυρωδιά ανάμεσα σε μια «κακοφωνία» άλλων και συγκαλυπτικών περιβαλλοντικών παραγόντων.
Μπορείτε να δείτε περισσότερα για αυτό στο παρακάτω βίντεο
Με πληροφορίες από sciencealert – Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο PNAS
με Αριθμό Μητρώου 12691
