Zrozumieć, jak mózg przetwarza i zapamiętuje doświadczenia zmysłowe
Zapachy, smak i inne doznania zmysłowe są bardzo indywidualne oraz mają wpływ na zachowanie i decyzje. Jedzenie na ogół smakuje i pachnie lepiej, gdy jesteśmy głodni, a naukowcy od dawna wiedzą, że mózg dobrze zapamiętuje trujące pokarmy, wywołując awersję do nich. „Stany wewnętrzne, takie jak głód, odgrywają bardzo istotną rolę i są reprezentowane w tych samych częściach mózgu, w których tworzy się pamięć. Obwody te są ważne nie tylko w kontekście tworzenia pamięci długotrwałej, ale kształtują też wszystkie aspekty zachowania, nawet te bardzo dynamiczne, zmieniające się”, wyjaśnia koordynatorka projektu FlyContext, Ilona Grunwald Kadow, profesor na Wydziale Obwodów Neuronowych i Metabolizmu(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Instytutu Nauk Przyrodniczych na Uniwersytecie Technicznym w Monachium. Uczestnikom projektu, wspieranego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), udało się zajrzeć do mózgu muszki owocowej i tak zmanipulować neurony, aby zobaczyć, w jaki sposób mózg przetwarza pewne informacje i jak te procesy zmieniają się i dostosowują do głodu lub innych stanów wewnętrznych. „Muszka podejmuje różne decyzje, mimo że docierają do niej te same informacje sensoryczne”, dodaje Grunwald Kadow. „Odkryliśmy także, że obwody mózgowe muszek – i przypuszczalnie te u innych zwierząt – są silnie połączone między różnymi regionami mózgu, co ma wpływ na wiele poziomów mózgu i sposób, w jaki postrzega on informacje. „Poszczególne neurony reagują na wiele różnych bodźców i integrują je. Jest to skomplikowana sieć, która jest bardzo plastyczna i która może być kształtowana przez pamięć długotrwałą, ale także przez doświadczenia krótkotrwałe. Przypuszczamy, że ludzki mózg działa podobnie”, wyjaśnia uczona.
Neurony nagrody
Ważna grupa neuronów zwanych neuronami dopaminergicznymi – często określanych jako neurony „nagrody” i pełniących istotną rolę w uczeniu się – daje znać muszkom, że stało się coś dobrego. Inne z kolei odpowiadają za „karę”, czyli informują, że dzieje się lub stało się coś złego. Co ciekawe, wykrywają także głód. Dzięki neuronom dopaminergicznym głodne muszki wykazują zwiększoną wytrwałość w podążaniu za zapachem pokarmu, nawet jeśli na koniec nie otrzymują nagrody w postaci jedzenia. „Nie przewidzieliśmy natomiast, że muszka nie poddaje się w przypadku braku sukcesu, ale próbuje mocniej i pokonuje dłuższe dystanse, aby dotrzeć do celu, czyli pokarmu”, mówi Grunwald Kadow. Sugeruje to, że przeszłe doświadczenia są integrowane z bieżącymi potrzebami, decydując o wyborach muszki.
Zaobserwowane zmiany przy doborze partnerów
Empiryczne dowody z badań z udziałem ludzi wskazują, że ciąża zmienia percepcję, w tym zapachu i smaku. „Nasze dane sugerują, że dobieranie się w pary lub ekspozycja na samca wywołuje zmiany w kilku warstwach układu nerwowego u samicy muszki – od neuronów czuciowych po ośrodki pamięci”, tłumaczy uczona. Neurony czuciowe rozpoznają smak lub zapach związków, wśród których znajdują się substancje odżywcze – poliaminy. „Samice-dziewice nie są za bardzo zainteresowane tymi poliaminami, ale po kryciu ich zainteresowanie znacznie wzrasta i używają ich do znalezienia pożywienia oraz miejsc do złożenia jaj”, dodaje Grunwald Kadow.
Nowatorskie techniki obrazowania
Zespół wykorzystał nowatorskie techniki obrazowania, aby przyjrzeć się aktywności neuronalnej całego mózgu muszek i jednocześnie zaobserwować dynamikę jej reakcji behawioralnych oraz sposób dokonywania wyborów. Do obserwowania informacji zakodowanych w neuronach zespół wykorzystał obrazowanie pola świetlnego za pomocą mikroskopu z wieloma układami maleńkich soczewek. „To pozwala nam bardzo szybko obserwować cały mózg, zamiast poszczególnych obszarów po kolei, dzięki temu że neurony reagują szybko i w wielu obszarach mózgu jednocześnie”, mówi Grunwald Kadow. Pozwoliło to na stworzenie mapy wszystkich synaps i neuronów oraz sposobu, w jaki „komunikują” się one ze sobą. „To obrazowanie okazało się przełomowe, ponieważ pozwoliło nam obserwować, jak cały mózg zmienia swój stan podczas głodu, ruchu czy snu”, wyjaśnia.
