İnsan Beyni Farklı Kokuları Nasıl Ayırt Eder?

New York Üniversitesinde çalışan bir grup araştırmacı, optogenetik yöntemler kullanarak koku algısının oluşumuyla ilgili çok önemli sonuçlara ulaştı.

İnsanların burnunun arkasında koku soğancığı olarak adlandırılan bir bölge bulunur. Koku algısı, burna giren moleküllerin bu bölgedeki reseptörleri uyarmasıyla başlar. Reseptörlerin ürettiği elektrik sinyalleri nöronların uyarılmasını ve beyne bilgi aktarılmasını sağlar.

Koku reseptörlerinin türü ve sayısı canlılar arasında farklılık gösterir. Örneğin insanların beyninde 350’den fazla türde koku reseptörü vardır. Çok daha hassas bir koku duyusuna sahip farelerde ise bu sayı 1200’den büyüktür.

Koku algısının oluşumunda genellikle birden fazla reseptör yer alır. Üstelik önemli olan sadece hangi reseptörlerin uyarıldığı değil bu reseptörlerin hangi sırayla ve zamanlamayla da uyarıldığıdır. Aynı reseptörlerin farklı sırayla ya da zamanlamayla uyarılması beyinde farklı koku algılarının ortaya çıkmasıyla sonuçlanır.

Koku algısı üzerine deneyler yapmak zordur. Çünkü bir maddenin yaydığı koku zamanla değişir. Üstelik farklı kokular kolayca birbiriyle karıştığı için belirli bir koku algısının hangi reseptörlerin hangi sırayla ve zamanlamayla uyarılması sonucunda ortaya çıktığını tespit etmek de zordur. New York Üniversitesinde çalışan bir grup araştırmacı bu sorunu aşmak için optogenetik yöntemlere yöneldi.

Koku soğancığı, insanların beyninin arkasındadır.

Optogenetik yöntemlerde deney hayvanlarının beynindeki sinir hücreleri ışıkla uyarılır. Önce hayvanların beyninin belirli bölgelerine fiber optik kablolar bağlanır. Daha sonra da kabloların bağlandığı beyin bölgelerindeki sinirler ışıkla uyarılarak hayvanların beynine sinyaller aktarılır.

Optogenetik yöntemlerle yapılan deneyler sırasında, sinirlerin uyarılması koku soğancığındaki reseptörlerden değil fiber optik kablolardan gelen sinyallerle gerçekleştiği için hangi sinirlerin hangi sırayla ve zamanlamayla uyarılacağı kolaylıkla kontrol edilebiliyor.

Araştırmacılar, fareler üzerinde yaptıkları deneyler sırasında hayvanları belirli bir kokuya tepki verecek şekilde eğitti. Ardından hayvanların beyni optogenetik sinyallerle uyarılarak çeşitli koku algılarının ortaya çıkması sağlandı. Fareler, bu kokuların bir tanesini algıladıktan sonra bir kola basarak su içebildi. Başka kokuları algıladıktan sonra kola basan farelerinse suya erişmesine izin verilmedi.

Optogenetik yöntemlerde sinir hücreleri ışıkla uyarılır.

Araştırmacılar, fareleri belirli bir kokuya tepki verecek şekilde eğittikten sonra o koku algısına sebep olan sinyallerdeki ufak değişimlerin farelerin algısını nasıl etkilediğini incelemeye başladı. Sonuçlar, belirli bir kokunun tanınmasında geçmişte uyarılan reseptörlerin daha önemli olduğunu gösteriyor. Örneğin ilk uyarılan reseptörde bir değişiklik yapıldığında farelerin %30’unun kola basarak su içmeye çalışmadığı görülüyor. Bu durum gönderilen sinyalin bu fareler tarafından farklı bir koku olarak algılanmasına bağlanıyor. Son uyarılan reseptörde bir değişiklik yapıldığındaysa oran %5’e düşüyor. Başka bir deyişle, farelerin %95’i gönderilen sinyalleri yine aynı koku olarak algılamaya devam ediyor.

Araştırmacılar, bir kokunun tanımasını tıpkı bir melodinin tanımasına benzetiyorlar. Uzun bir melodinin son birkaç notasının yanlış çalınması melodinin tanınmasını pek zorlaştırmaz. Başlangıç kısımları yanlış çalınan bir melodiyi tanımaksa çok daha zordur.

Araştırma ile ilgili detaylı bilgiye Dr. Edmung Chong ve arkadaşlarının Science’ta yayımladıkları makaleden ulaşabilirsiniz.