Что происходит, когда мы чувствуем запах розы? Как наш мозг обрабатывает суть его аромата? Похоже ли это на картину — моментальный снимок мерцающей активности клеток — запечатленный в момент времени? Или как симфония, развивающийся ансамбль различных клеток, работающих вместе, чтобы уловить запах? Новое исследование предполагает, что наш мозг делает и то, и другое.
«Эти результаты раскрывают основной принцип нервной системы, гибкость в видах вычислений, которые мозг делает для представления аспектов сенсорного мира», — сказал Кришнан Падманабхан, доктор философии, доцент нейробиологии и старший автор исследования. недавно опубликовано в Cell Reports . «Наша работа предоставляет ученым новые инструменты для количественной оценки и интерпретации моделей активности мозга».
Исследователи разработали модель для имитации работы ранней обонятельной системы — сети, на которую мозг опирается при обонянии. Используя компьютерное моделирование , они обнаружили, что определенный набор соединений, называемых центробежными волокнами, которые передают импульсы от других частей центральной нервной системы к ранним сенсорным областям мозга, играют решающую роль. Эти центробежные волокна действуют как переключатель, переключаясь между различными стратегиями для эффективного представления запахов. Когда центробежные волокна находились в одном состоянии, клетки грушевидной коры, где формируется восприятие запаха, полагались на паттерн активности в данный момент времени. Когда центробежные волокна находились в другом состоянии, клетки грушевидной корыулучшили как точность, так и скорость, с которой клетки обнаруживали и классифицировали запах, полагаясь на модели активности мозга во времени.
Эти процессы предполагают, что мозг имеет несколько ответов на представление запаха. В одной стратегии мозг использует моментальный снимок, такой как картина или фотография, в данный момент, чтобы зафиксировать основные характеристики запаха. В другой стратегии мозг отслеживает развивающиеся паттерны. Он настроен на то, какие клетки включаются и выключаются и когда — как симфония.
Математические модели, разработанные исследователями, подчеркивают важнейшую особенность нервной системы — не только разнообразие компонентов, из которых состоит мозг, но и то, как эти компоненты работают вместе, помогая мозгу воспринимать мир запахов. «Эти математические модели раскрывают критические аспекты того, как может работать обонятельная система в мозге, и могут помочь в создании искусственных вычислительных систем, вдохновленных мозгом», — сказал Падманабхан. «Вычислительные подходы, основанные на схемах мозга, подобных этому, могут повысить безопасность беспилотных автомобилей или помочь .алгоритмам компьютерного зрения более точно идентифицировать и классифицировать объекты на изображении».
