Beyin Kokuları Nasıl Algılar?

Sinirbilimciler, ilk kez farklı kokular arasındaki ilişkilerin beyinde nasıl kodlandığını tanımladılar. Bulgular, bireylerin neden koku ile ortak ama son derece kişiselleştirilmiş deneyimlere sahip olduklarını açıklıyor. Beynin koku kimyası hakkındaki bilgileri koku algısına nasıl dönüştürdüğünü daha iyi anlayabilen bir mekanizma olduğunu düşünülmekte.

Harvard Tıp Okulu’ndaki nörobiyologlar tarafından yapılan bir araştırma koku gizemine yeni bakış açıları sağlıyor. Dikkatli bir şekilde seçilmiş moleküler yapılara sahip kokular vererek ve uyanık farelerde nöral aktivite analiz edildi.  Kortekste nöronal koku gösterimlerinin kokular arasındaki kimyasal benzerlikleri yansıttığını ve böylece kokuların beyin tarafından kategorilere yerleştirilmesini sağladığını gösterdi. Ayrıca, bu temsiller duyusal deneyimlerle yeniden birleştirilebiliyor.

Sonuçlar, beynin koku kimyası hakkındaki bilgileri koku algısına nasıl dönüştürdüğünü daha iyi anlamak için yeni çalışma yolları açmakta.



Kokuyu hesaplama

Koku duygusu, hayvanların çevrelerindeki dünyanın kimyasal doğasını tanımlamasına izin verir. Burundaki duyu nöronları koku moleküllerini algılar ve ön koku işlemenin gerçekleştiği koku alma ampulüne sinyal gönderir. Koku alma ampulü, daha kapsamlı işlem için öncelikle koku alma korteksinin ana yapısı olan piriform kortekse bilgi iletir.

Işık veya sesin aksine, frekans ve dalga boyu gibi ince ayarlarla kolayca kontrol edilen uyaranları, beynin koku ileten küçük moleküllerin nöral temsillerini nasıl oluşturduğunu araştırmak zordur. Çoğu zaman, ince kimyasal değişiklikler koku algısında önemli farklılıklara yol açabilir.

Araştırmacılar, örneklerin dalga boyundaki farklılıklarını nicel olarak karşılaştırmak için benzer koku kimyasallarını kantitatif olarak karşılaştırmak üzerine bir yaklaşım geliştirdiler.

Kokuları olduğu bilinen binlerce kimyasal yapıya bakmak için makine öğrenimi kullandılar ve her yapı için atom sayısı, moleküler ağırlık, elektrokimyasal özellikler ve daha fazlası gibi binlerce farklı özelliği analiz ettiler. Bu veriler, araştırmacıların herhangi bir kokunun diğerine göre ne kadar benzer veya farklı olduğunu sistematik olarak hesaplamasına izin verdi.

Ekip üç takım koku tasarladı: İlk takım yüksek çeşitliliğe sahipti. İkinci takım kokuların kümelere ayrılabildiği orta çeşitliliğe sahip bir takımdı. Üçüncü takım ise; yapıların sadece karbon zinciri uzunluğundaki artımlı artışlarla değiştiği düşük çeşitlilikler içeriyordu.

Fareleri farklı setlerden çeşitli koku kombinasyonlarına maruz bıraktılar ve piriform korteks ve koku alma ampulündeki nöral aktivitenin görüntü modellerinde çok resimli mikroskopi kullandılar.



Koku tahmini

Deneyler, koku kimyasındaki benzerliklerin nöral aktivitedeki benzerliklerle yansıtıldığını ortaya koydu. İlgili kokular, nöron aktivitesindeki örtüşmelerle ölçüldüğü gibi, hem piriform korteks hem de koku alma ampulünde ilişkili nöronal desenler üretti. Buna karşın zayıf ilişkili kokular zayıf ilişkili aktivite paternleri üretmiştir.

Kortekste, ilgili kokular, koku alma ampulündeki desenlere kıyasla daha güçlü bir şekilde kümelenmiş nöral aktivite modellerine yol açtı. Koku ilişkilerinin kortikal gösterimleri o kadar iyi ilişkiliydi ki, farklı bir farede yapılan ölçümlere dayanarak bir farede tutulan bir kokunun kimliğini tahmin etmek için kullanılabilir olduğu ortaya çıktı.

Moleküler ağırlık ve belirli elektrokimyasal özellikler gibi nöral aktivite paternleri ile bağlantılı çeşitli kimyasal özellikler de tanımlandı. Bu özelliklerden toplanan bilgiler, farklı bir hayvanda ayrı bir koku kümesiyle yapılan deneylere dayanarak bir hayvandaki kokuya karşı kortikal yanıtları tahmin edecek kadar sağlamdı.

Araştırmacılar ayrıca bu sinirsel temsillerin esnek olduğunu keşfettiler. Farelere tekrar tekrar iki kokunun bir karışımı verildi ve zamanla, bu kokuların korteksteki karşılık gelen nöral modelleri daha güçlü bir şekilde ilişkilendirildi. Bu, iki koku farklı kimyasal yapılara sahip olduğunda bile meydana geldi.

Çalışmanın sonuçları ilk kez beynin kokular arasındaki ilişkileri nasıl kodladığını göstermektedir. Nispeten iyi anlaşılmış görsel ve işitsel kortekslerle karşılaştırıldığında, koku alma korteksinin koku kimyası ile ilgili bilgileri nasıl koku algısına dönüştürdüğü ise hala belirsizdir.

Yazarlara göre, koku alma korteksinin benzer kokuları nasıl eşlediğini belirlemek, koku duyusunu anlama ve potansiyel olarak kontrol etme çabalarını bilgilendiren yeni bilgilere zemin hazırlıyor.

Araştırmacılar henüz koku kimyasının algıya nasıl tercüme edildiğini tam olarak anlaşılmadığını belirtiyor. Kimyasal bir yapı  ve kimyasalın nasıl kokacağını söyleyecek bilgisayar algoritması veya makinesi henüz yok.

Belki de bir gün böyle bir algoritma ya da makine üretilebilirse izleyeceğimiz flimlerin, okuyacağımız kitapların rengi biraz değişir. İşte bu araştırma beynin kokuları algılama sisteminde yapılacak gelecek araştırmalar üzerine bir alt yapı niteliği taşıyor. 



Dergi Referansı:

Stan L. Pashkovski, Giuliano Iurilli, David Brann, Daniel Chicharro, Kristen Drummey, Kevin Franks, Stefano Panzeri, Sandeep Robert Datta. Structure and flexibility in cortical representations of odour spaceNature, 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-2451-1

Kaynak: Sciencedaily.com