Эти результаты опубликованы в NeuroImage от 15 июля 2014 года.Как восприятие чувств может помочь представить внешнюю среду? Как, например, мозг обрабатывает обонятельные данные, связанные с едой или парфюмерией?
Хотя организация обонятельной системы хорошо известна — она ??похожа у организмов, от насекомых до млекопитающих, — ее функционирование остается неясным. Чтобы ответить на эти вопросы, ученые сосредоточились на двух структурах мозга, которые действуют как основные обонятельные реле: обонятельная луковица и грушевидная кора. У крысы обонятельная луковица расположена между глазами, сразу за носовой костью.
Между тем, грушевидная кора находится глубоко в мозгу грызунов, что до сих пор делало невозможным получение каких-либо функциональных изображений у живого животного.Тем не менее, метод нейрофункциональной ультразвуковой визуализации, разработанный командой Микаэля Тантера, названный fUS (функциональный ультразвук), позволяет контролировать нейрональную активность в грушевидной коре головного мозга. Он основан на передаче плоских ультразвуковых волн в ткани мозга.
После обработки данных эхо-сигналы, возвращаемые структурами, пересекаемыми этими волнами, могут обеспечивать изображения с непревзойденным пространственным и временным разрешением: 80 микрометров и несколько десятков миллисекунд. Контраст на этих изображениях обусловлен вариациями кровотока в головном мозге. Действительно, для деятельности нервных клеток требуется подвод энергии: следовательно, он связан с притоком крови в соответствующую зону. Таким образом, регистрируя изменения объема кровеносных сосудов, орошающих различные структуры мозга, можно определить местоположение активированных нейронов.
Некоторые методы визуализации, такие как МРТ, уже основаны на связи между объемом крови и нейрональной активностью. Но fUS предлагает преимущества с точки зрения стоимости, простоты использования и разрешения.
Кроме того, он обеспечивает более легкий доступ к самым глубоким структурам, которые часто расположены на несколько сантиметров ниже черепа.Записи, выполненные командой Хирака Гурдена с использованием этой техники, позволили наблюдать пространственное распределение активности внутри обонятельной луковицы. Когда ощущался запах, объем крови увеличивался в четко определенных областях: таким образом, каждый запах соответствовал определенному паттерну активированных нейронов. В дополнение к этим находкам изображения впервые показали отсутствие пространственного распределения в грушевидной коре.
На этом уровне два разных запаха запускали одну и ту же активацию во всем регионе.Клеточные механизмы, ответственные за исчезновение пространственной сигнатуры, еще четко не определены, но эти открытия приводят к формулировке нескольких гипотез.
Грушевидная кора головного мозга может быть структурой, которая служит не только для обработки обонятельных стимулов, но, скорее, для интеграции и запоминания различных типов данных. Путем абстрагирования строгих моделей, вызываемых запахами, можно было бы создавать ассоциации и достигать глобальной концепции.
Например, на основе восприятия сотен молекул запаха, содержащихся в кофе, грушевидная кора головного мозга сможет распознать единственный запах — запах кофе.Эта работа открывает новые перспективы как для визуализации, так и для нейробиологии.
Теперь исследователи сосредоточатся на влиянии обучения на активность коры головного мозга, чтобы выяснить ее роль и особенности обонятельной системы.