Ein team von Neurowissenschaftlern an der Champalimaud Centre for the Unknown (CCU), in Lissabon (Portugal), durchgeführt hat eine der ersten Studien in den zentralen neuronalen schaltkreise (oder höhere Hirnareale) zugrunde, dass angeborene Reaktionen auf Gerüche. Ihre Ergebnisse, von denen einige unerwartet sind, wurden in der Zeitschrift PLoS Biology.
Maria Luísa Vasconcelos, principal investigator des Angeborenen Verhalten-Labor an der CCU, und Ihre co-Autoren—post-doc Nélia Varela, Ph. D. student Miguel Gaspar und Forschung Techniker Sophie Dias—näherte sich der Frage mit Hilfe von Fruchtfliegen, deren olfaktorisches system ist ganz ähnlich wie das von Wirbeltieren. In the fly brain, eine Struktur, die so genannte laterale horn (LH) erhält den input von den antennallobus, die wiederum erhält den input von den olfaktorischen rezeptor Neuronen, die sich in den Antennen—das Fliegen mit der Nase”, sagt Vasconcelos. Die LH ist, dachte beteiligt zu sein in angeborene Reaktionen auf Gerüche.
Es hatte sich gezeigt, dass verbindungen aus dem antennallobus dem LH sehr ähnlich ist und aus einer fliege zu einem anderen: “LH-Konnektivität ist sehr Stereotyp in Bezug auf die Anzahl der verbindungen und die Art, wie Sie verzweigen sich,” Vasconcelos erklärt.
Was die Wissenschaftler jetzt tun wollte, war, direkt zu studieren, die Funktion von dem LH. Insbesondere werden Sie gefragt, welche Neuronen im LH, die Fliegen waren verantwortlich für die angeborene Insekten, die Abneigung gegen den Geruch von Kohlendioxid (CO2). “Wir wissen nicht, warum CO2 ist so ein unangenehmer Geruch,” Vasconcelos Punkte out”, aber ein Grund könnte sein, dass gestresste fliegt release CO2“.
Mit genetischen Werkzeugen, die team die 32 Zeilen manipuliert fliegt. In jeder Linie, eine bestimmte Art von neuron in der LH hatten wurden inaktiv oder zum schweigen gebracht.
Testen Sie die Wirkung der verschiedenen Neuronen-silencing auf die Verhaltens-Reaktion zu CO2, dann setzen Sie fliegt aus jeder Zeile in einen so genannten T-Labyrinth (im Grunde, ein Korridor, verzweigt sich nach Links und rechts an einem Ende), und veröffentlicht das CO2 in einer der Filialen und Luft in die andere. Normalerweise Fliegen die immer zu Folgen, der Zweig, der Luft enthält, gegen die eine mit CO2. Deshalb, wenn das silencing von einer bestimmten Gruppe von Neuronen abgeschafft, die Abneigung gegen CO2, das bedeutete, dass diese bestimmten Neuronen benötigt wurden, zu eruieren, die aversive Reaktion auf das gas.
“Wir fanden zwei verschiedene Fliegen-Linien verloren, dass dieses aversive Verhalten”, sagt Vasconcelos. Erste überraschung: es war nicht die Neuronen, die Sie erwartet. Zweite überraschung: diese zwei Neuronen-Typen reagieren, insbesondere zu CO2. “Das war unerwartet”, sagt Vasconcelos. “Wir dachten, Ihr schweigen würde dazu führen, den Verlust von aversiven olfaktorischen Verhalten im Allgemeinen, aber wenn wir getestet haben, andere Gerüche, fanden wir keine änderung der fliegt’ aversive Verhalten, um die anderen Gerüche. Wir haben auch getestet, diese Neuronen mit Respekt zu attraktiven Gerüchen und wieder sahen wir keine Veränderung, wenn Sie zum schweigen verurteilt waren.” In anderen Worten, diese Experimente zeigten zwei unabhängige Gruppe von Neuronen, die notwendig sind, zu eruieren, die aversive Reaktion, insbesondere zu CO2.
Dies ist eines der wichtigsten Ergebnisse der Studie, fügt Sie hinzu. Das andere ist, dass eine der zwei Arten von Neuronen, die Sie identifiziert hatte nur lokale verbindungen in die LH, während die anderen vermutlich ebenfalls seine verbindungen aus der LH.
Um festzustellen, in welcher Richtung die olfaktorischen Informationen, die aus einer Art von neuron zu den anderen, führten Sie einen anderen Satz von Experimenten: Sie inaktiviert eine der beiden Arten, während gleichzeitig die Aufzeichnung der neuronalen Aktivität der anderen Art. Für diese, Sie verwendet die optogenetik, eine Technologie, die es ermöglicht das drehen spezifische Nervenzellen an-und ausschalten wird mit Hilfe eines Lasers.
Sie kamen zu dem Schluss, dass der Fluss von olfaktorischen Informationen aus der Antennen wurde zuerst verarbeitet von Neuronen projiziert, dass sich die LH und dann durch die lokal verbundenen Neuronen. Dabei erhielten Sie einen ersten “snapshot” der neuronale Schaltkreis zugrunde, die aversive Reaktion zu CO –2.
Auch wichtig ist, den Neuronen, die zu einer Gruppe gehören, die Projekte aus dem LH innervieren, eine Struktur des fliegengehirns, die SIP (superior intermediate protocerebrum), “das ist gedacht, zu koordinieren, die erlernten und angeborenen Reaktionen”, sagt Vasconcelos.
Vasconcelos ist der Auffassung, dass diese Studie in der Funktion des LH-könnte als Leitfaden dienen, um weitere Untersuchungen der neuronalen Grundlagen des olfaktorischen Antworten. Nur wie ist der Fall mit CO2, es könnten auch andere Geruchs-selektiven Neuronen in der LH-und nicht nur Neuronen, unterscheiden aversiven von attraktiven Gerüche.
