Skąd wiesz, co wąchasz?

Skąd wiesz, co wąchasz?

Od dawna trwają badania nad tym, w jaki sposób ludzie radzą sobie z ryzykiem. W najprostszym ujęciu do wyboru mamy dwie opcje: albo kalkulujemy albo zdajemy się na intuicję. Kalkulacja oznacza, że podejmowaniu decyzji towarzyszy posługiwanie się rachunkiem prawdopodobieństwa. Intuicja zaś, że zdajemy się na inne, być może mniej kontrolowane mechanizmy umysłu. Ryzyka nie trzeba tu rozumieć wyłącznie w kategoriach gier losowych. Może się ono wiązać także z określeniem przynależności przedmiotu do jakiejś grupy albo struktury otoczenia.

Z tymi zagadnieniami wiąże się jeszcze bardziej podstawowe pytanie. Co jest potrzebne do takich ocen? Czy mózg ludzki dysponuje narzędziami szacowania szans?[1] Wyobraź sobie, że przechadzasz się zatłoczoną ulicą. Nagle wyczuwasz zapach świeżego pieczywa. Domyślasz się zatem, że w okolicy jest piekarnia. Ale przecież powietrze na zatłoczonej ulicy jest wypełnione przeróżnymi zapachami – owoców z pobliskiego warzywniaka, perfum zapracowanych przechodniów, spalin przejeżdżających samochodów. A jednak układ węchowy poinformował twój mózg, że dominującym zapachem jest właśnie woń świeżego pieczywa. Mamy tu do czynienia z niepewnym wnioskowaniem probabilistycznym.

Bodźce węchowe przewodzone są przez nerw czaszkowy bezpośrednio do kory mózgowej (co czyni je wyjątkowymi, bo omijają wzgórze)[2]. Dzięki temu otrzymujemy informacje na temat chemicznej struktury otoczenia. Problem polega jednak na tym, że na co dzień ilość substancji pobudzających ludzki układ węchowy jest ogromna! Uporządkowanie tego chemicznego chaosu ma zatem, według Agnieszki Grabskiej-Barwińskiej i jej współpracowników, charakter zagadki z prawdopodobieństwem[3].

Bodźce docierające do receptorów węchowych (ang. olfactory receptor neurons – ORN) w nabłonku nosa przekształcają sygnały chemiczne w elektryczne. U ssaków istnieje ponad 1000 różnych typów tych receptorów. Mózg, do którego następnie docierają sygnały z nabłonka musi poradzić sobie z wielką ilością danych. Zespół badaczy zatem podejrzewa, że układ węchowy „szacuje” szanse występowania poszczególnych zapachów. Zaproponowali oni model wyjaśniający porządkowanie dostarczanych przez neurony informacji do mózgu. Według niego sygnały zapachowe wędrują w pętli (ang. circuit).

Skąd wiesz, co wąchasz?

Ilustracja 1: Schemat przebiegu sygnału zapachowego ze sprzężeniem zwrotnym[4].

Sygnały z receptorów węchowych przedostają się do opuszki węchowej (ang. olfactory bulb) oplatającej komórki mitralne (ang. mitral cells). Następnie są przekazywane do komórek ziarnistych (ang. granule cells). Bocznym traktem węchowym (ang. lateral olfactory tract) dostają się do komórek kory gruszkowatej (ang. piriform cortex). Tu następuje sprzężenie zwrotne, czego skutkiem jest powrót sygnałów do komórek ziarnistych i mitralnych. Biorąc pod uwagę, że komórki układu węchowego są wyspecjalizowane, poziom natężenia sygnałów odpowiedniego rodzaju może dawać informację o rozkładzie obecnych w otoczeniu zapachów.

Zgodnie z przedstawionym modelem koncentracja zapachów wywołująca odpowiednie pobudzenia receptorów węchowych powinna prowadzić do pewnej selekcji sygnałów przeprowadzanej na poziomie węchomózgowia. W ekspozycji na znany zapach dojdzie do szybkiego pobudzenia wszystkich rodzajów komórek: receptorów, ziarnistych, mitralnych i kory gruszkowatej. Aktywność komórek receptorowych pozostaje na stałym poziomie ze względu na pobudzenie substancjami, lecz kora w sprzężeniu zwrotnym blokuje aktywność komórek mitralnych informując niejako, że rozpoznała dochodzący zapach. Wymodelowanie tego procesu pokazało, że na stałym poziomie utrzymuje się aktywność komórek kory dla znanego zapachu, zaś dla innych na niskim. Natomiast ekspozycja na zapach nieznany dawała efekt niskiej aktywności komórek korowych dla wszystkich dochodzących zapachów. Komórki mitralne nie są już blokowane w sprzężeniu zwrotnym, co stanowi informację, że kora gruszkowata interpretuje to jako zestaw różnych zapachów o niskiej koncentracji.

Model Grabskiej-Barwińskiej i jej współpracowników pozwala na głębsze wejrzenie w zależności między elementami układu węchowego. Jego matematyczna reprezentacja wiążąca koncentrację zapachów z aktywnością elektryczną komórek umożliwia na ujęcie kwestii rozpoznawania zapachów w schemat wnioskowania probabilistycznego. A to pokazuje nam, że coś tak banalnego jak wyczucie woni pieczywa na ruchliwej ulicy bynajmniej nie jest tak banalne. Dzieje się to bowiem w skomplikowanych warunkach, w których mózg musi sobie radzić. To, co zachwyca, to fakt, że sobie radzi.


[1] Cohen J.L., Are people programmed to commit fallacies? Further thoughts about interpretation of experimental data on probability judgment [w:] tenże, Knowledge and Language, Springer 2002, s. 195-220.

[2] Zaidat O. O., Lerner J. A., Neurologia. The Little Black Book, wyd. Elsevier Urban & Partner, Wrocław 2010, s. 449-450.

[3] Grabska-Barwińska A., Berthelmé S., Beck J., et al., A probabilistic approach to demixing odors [w:] Nature Neuroscience (2017), vol. 20, s. 98-106.

[4] Źródło: Ibidem, s. 22.

Serotonina – kto z nas o niej nie słyszał? Nazywana hormonem szczęścia, często nie do końca słusznie łączona z czekoladą, gdy... czytaj więcej
  O tym, że stwardnienie rozsiane (ang. Multiple Sclerosis, MS) jest istotną kwestią, zarówno medyczną jak i społeczną, czyte... czytaj więcej
Na ekranie komputera trzech graczy odbija między sobą piłeczkę. Po otrzymaniu piłki każdy z nich ma krótką chwilę, żeby zadec... czytaj więcej
Pacjenci z syndromem zamknięcia (ang. locked-in syndrom, LIS) w większości odnajdują pozytywne wartości w prowadzonym życiu.... czytaj więcej