Forscher Antworten 100 Jahre alte Frage, wie Geruchs Feedback-Mechanismus Works

Mehr als ein Jahrhundert , nachdem sie zuerst identifiziert werden Harvard Wissenschaftler neues Licht auf einem wenig verstandenen neuronalen Feedback-Mechanismus , der in , wie das olfaktorische System funktioniert im Gehirn eine wichtige Rolle spielen kann .

Wie in einem 19. Dezember Papier in Neuron von Venkatesh Murthy , Professor für Molekular- und Zellbiologie , beschrieben Forscher haben zum ersten Mal beschrieben , wie das Feedback-Mechanismus funktioniert durch die Ermittlung , wo die Signale zu gehen, und welche Art von Neuronen zu empfangen. Drei Wissenschaftler des Murthy Labor wurden an den Arbeiten beteiligt : Foivos Markopoulos , Dan Rokni und David Gire .

"Das Bild des Gehirns als lineare Prozessor ist eine bequeme , aber fast alle Gehirne , und sicherlich Säugerhirn nicht auf diese Art von reinen Feed-Forward -System verlassen ", erklärt Murthy . "Im Gegenteil scheint es nun, daß die höheren Bereiche des Gehirns, die für die Interpretation von Geruchsinformation verantwortlich sind, sind mit unteren Teilen des Gehirns auf einem nahezu konstanten Basis kommuniziert. "

Obwohl Forscher haben über das Feedback-System seit Jahrzehnten , Schlüsselfragen über ihre genaue Funktionsweise , wie die Neuronen im Riechkolben erhalten die Rückmeldungen bekannt , blieb ein Rätsel , auch weil Wissenschaftler einfach nicht über die technologischen Werkzeuge, um zu aktivieren Einzel Neuronen und individuelle Wege .

" Eine der Herausforderungen, mit dieser Art von Forschung ist, dass diese Rückmeldungen Neuronen sind nicht die einzigen , die Neuronen im Riechkolben zurückkommen ", erklärt Murthy . "Die Herausforderung war immer , dass es keine einfache Möglichkeit, suchen Sie sich nur eine Art von Nervenzelle zu aktivieren. "

Um es zu machen , Murthy und sein Team wandte sich an einer Technik namens Optogenetik .

Verwendung eines Virus, das genetisch modifiziert wurde, um ein lichtempfindliches Protein herzustellen , Murthy und sein Team markierten spezifischen Neuronen , die aktiv werden , wenn sie mit Laserlicht getroffen. Die Forscher waren dann in der Lage , um die Rückkopplungsmechanismus von das Gehirn die Bearbeitungszentren zurück zu den Riechkolben zu verfolgen.

Das Erreichen dieses Niveau der Präzision wurde kritisch, erklärt Murthy , denn während Riechkolben enthält viele "Kapital" Neuronen, die zum Senden von Signalen an andere Teile des Gehirns verantwortlich sind , ist es auch mit Inter , die eine Rolle bei der Formatierung zu spielen scheinen verpackt Geruchsinformation , wie sie in das Gehirn kommt .

Ohne diese Formatierungsvorgang , sagte Murthy , das Gehirn wahrscheinlich Schwierigkeiten haben, die Interpretation der Vielzahl von Signalen - von sehr schwach bis sehr stark - sie auftreten können .

"Wenn man ein System, das sehr gut auf die Erkennung schwacher Signale ist zu machen , wird es gesättigt , wenn das Signal stärker wird , und schließlich ist es unmöglich, zwischen starken Signalen zu differenzieren ", sagte Murthy . " Um dies zu verhindern , Gehirn Schaltungen verwenden einen Prozess namens Verstärkungsregelung [ Peter : Es kann sowohl automatische als auch selektive Verstärkungsregelung sein ] Durch die Hemmung von bestimmten Nervenzellen , es sorgt dafür, dass Sie im Erfassungsbereich zu bleiben, so dass Sie nicht tun . vermisse das Schwache , aber Sie auch nicht verpassen Sie nicht die sehr starke Sachen. "

Frühere Studien hatten angedeutet, dass die Inter im Riechkolben sind das primäre Ziel der Rückmeldungen , aber Murthy der Studie ist die erste , um endgültig zu beweisen , und um zu zeigen, dass diese Rückmeldungen , die Aktivität der wichtigsten Neuronen wirksam hemmen .

" Wenn der kortikalen Bereich beschließt, diese Signale wieder in den Riechkolben senden , ist es wirkungsvoll Umklappen der Aktivität dieser Haupt Neuronen ", sagte Murthy . " Warum das Gehirn das tun? Unsere Theorie ist, dass die Rückkopplung ist ein Weg für die Rinde zu sagen : Ich habe euch gehört. " Da die Geruchsinformation zu höheren Regionen des Gehirns geschickt , kommen diese Signale und drehen Sie die Lautstärke am Eingang . "

Während ähnliche Rückführsysteme sind in anderen Teilen des Gehirns identifiziert werden , das Ausmaß der Geruchsrückmeldungwar überraschend. Murthy haben ergeben, daß das System nicht einfach senden Signale zurück zum Riechkolben , sondern sendet diese an ihrem ersten Schicht von Neuronen.

"Das Feedback kommt zurück auf das erste Synapse, wenn man so will ", sagte er .

Noch überraschender , sagte Murthy , war Beweis dafür, dass Haupt Neuronen der Riechkolben wurden auch erhalten Rückmeldungen - wenn auch schwachen - die Haupt sie für eingehende Signale zu laden.

" Diese schwachen Verbindungen helfen, die Haupt Neuron über die Spitze , wenn es um schwach Eingänge zu hören bekommen", sagte Murthy . " Wenn es einen schwachen Geruch, der in , aber es ist nicht in der Lage , um die wichtigsten Neuron über die Schwelle , um den Rest des Gehirns signalisieren fahren, aber sagen, dass Sie in einem Umfeld, in dem Sie darauf vorbereitet, dass die schwachen Duft riechen sind - wir glauben, diese Rückmeldungen von diesem höheren Bereich des Gehirns ist eine Art kitzeln diese Haupt Neuronen , so , wenn es eine schwache Eingangs Sie in der Lage , es zu riechen.

"Für die meisten Tiere ist Geruch eine sehr, sehr wichtige Sache , " Murthy aufgenommen. "Wenn sie in einer Umgebung, wo es eine überwältigende Geruch, irrelevant sind , müssen sie in der Lage, einen schwachen Geruch, der Gefahr zu signalisieren , zu erkennen sind. Wir Hypothese , dass dieser Mechanismus , wo die Rinde wird zu dem Riechkolben und Unterdrückung Neuronen sprechen durch diese Rückkopplung kann sie in der Lage , dieses schwache Signal zu erkennen. "