Аромат пробуждает память: ученые раскрыли секреты восприятия запахов в мозге человека

На своем пути от рецепторов до коры, импульсы проходят через «перевалочные пункты» мозга, такие как таламус, распределяясь по различным участкам коры, каждый из которых выполняет особые функции. Однако, как именно эти импульсы преобразуются в наше восприятие, до сих пор остается загадкой. Эксперименты на животных дают некоторое понимание, но без сложных тестов трудно определить изменения их восприятия. Проведение исследований на людях было долгое время невозможно.

Функции разных зон мозга при восприятии запахов

Ученые из Университетской клиники Бонна впервые провели исследование с эпилептиками, в чьи мозги были имплантированы электроды для изучения нейронной активности. Это помогает не только выявлять очаги заболевания, но и наблюдать за работой мозга в реальном времени. Новый метод позволяет регистрировать активность одиночных нейронов в различных зонах мозга, включая пириформную кору, амигдалу, энторинальную кору, гиппокамп и парагиппокампальную кору.

— Обоняние — это фундаментальная сенсорная модальность, которая управляет поведением животных и человека. Однако нейронные процессы, лежащие в основе обоняния человека, все еще плохо изучены на фундаментальном, то есть однонейронном, уровне, — пишут ученые в своей работе.

Амигдала считается центром эмоций, но ее функции не ограничиваются ими. Энторинальная кора и гиппокамп играют важную роль в памяти и помогают в пространственной и временной ориентации, тогда как парагиппокампальная кора помогает в узнаваемости местоположения и связывает объекты с окружающей средой. Обонятельная кора отвечает за восприятие запахов. В ходе эксперимента участники с электродами на головах воспринимали различные запахи, пока нейронная активность фиксировалась в пяти зонах мозга.

Обонятельная кора демонстрирует сходную реакцию на запахи у людей и крыс, что подтверждено исследованиями. Алгоритм, обученный определять паттерны импульсов, связанные с каждым запахом, успешно выполняет эту задачу. Но другие области мозга, такие как амигдала или гиппокамп, усложняют задачу.

Когда участники оценивали приятность запаха, амигдала проявляла активность, поддерживая эмоциональную составляющую. При узнаваемости запахов активизировался гиппокамп, центр памяти, а другие зоны оставались менее задействованными. Обонятельная кора уточняет запахи как феномен, амигдала добавляет им эмоциональную окраску, а гиппокамп помогает вспомнить их названия.

Обонятельная кора и амигдала соединяют запахи с изображениями

После восприятия каждого запаха участникам показывали соответствующие изображения, например, картина чеснока после его запаха. Эти изображения вызывали нейронные импульсы во всех исследуемых зонах, включая парагиппокампальную кору. Алгоритм, распознающий нейронную активность, мог определить, какое изображение обрабатывается в коре. Обнаружено, что классификатор изображений способен различать разные запахи, обрабатываемые в обонятельной коре и амигдале.

Таким образом, обонятельная кора и амигдала работают мультимодально, соединяя разные, но взаимосвязанные аспекты — от запаха чеснока до его изображения. Некоторые нейроны могут объединять различные импульсы в целостное восприятие, демонстрируя, например, что реакция на запахи лакрицы и аниса в контексте обоняния выражена сильнее, чем на их изображения.

Обонятельная кора не только различает запахи, но и связывает их со зрительными и вербальными данными, формируя целостное восприятие на ранних этапах сенсорной обработки в обонятельном пути. Будущие исследования могут усложниться, учитывая, что нейроны в гиппокампе, амигдале и других участках исполняют разнообразные задачи по обработке информации. Такой подход может быть полезен и для других органов чувств.

Запахи помогут в лечении неврологических расстройств

Одной из самых интересных находок является способность обонятельной коры действовать мультимодально, связывая запахи с визуальными элементами и вербальными ассоциациями, что добавляет важный аспект к пониманию формирования воспоминаний и ассоциаций в мозге. Например, запах лаванды может мгновенно вызывать визуальные образы цветущих полей или воспоминания о конкретных событиях в прошлом. Этот механизм подчеркивает значение синестезии — когда одна сенсорная модальность активирует другую, — и может объяснить, почему некоторые ароматы так тесно связаны с определенными переживаниями или местами.

Понимание механизмов, с помощью которых мозг обрабатывает и интегрирует сенсорную информацию, особенно важно для создания новых нейротехнологий и методов лечения неврологических расстройств. Например, улучшение понимания мультимодальной обработки может способствовать разработке более эффективных терапевтических методов для пациентов с расстройствами восприятия или эмоциональными нарушениями. Эти знания также могут быть использованы для создания нейроинтерфейсов, способных восстанавливать или улучшать функции чувства, утраченные из-за травм или болезней.