خبر های ویژه
8 بهمن 1400
چگونه بوها در مغز پردازش می شوند و بر رفتار تأثیر می گذارند+ ویدئو
بوها و عکس العمل های موجود زنده
سیستم بویایی راه قابل دسترس تری برای مطالعه مغز به عنوان یک کل فراهم می کند. یک سگ قبل از تعقیب بوی یک عطر، بینی خود را در هوا بالا می برد. یک پشه قبل از اینکه برای وعده غذایی بعدی روی بازوی شما فرود بیاید زیگزاگ به جلو و عقب حرکت می کند. وجه مشترک این رفتارها این است که به این حیوانات کمک می کنند تا دنیای خود را از طریق بینی خود ببینند. در حالی که انسان ها عمدتاً از بینایی خود برای حرکت در محیط خود استفاده می کنند، اکثریت قریب به اتفاق موجودات روی زمین از طریق بویایی - حس بویایی خود - ارتباط برقرار کرده و جهان را تجربه می کنند. مغز حیوانات چگونه اطلاعات را از محیط خود به تغییرات در رفتارشان ترجمه می کند؟ در اینجا، ارتباطات متقابل بین بوها و رفتارها ردیابی می شود- به این پرداخته می شود که چگونه رفتار بر تشخیص بو تأثیر می گذارد، چگونه مغز اطلاعات حسی را از بوها پردازش می کند و چگونه این اطلاعات باعث ایجاد رفتارهای جدید می شود. تجسم بوها به محققان کمک می کند تا فناوری هایی را طراحی کنند که بوها را به خوبی سگ تشخیص دهند.
تبریز امروز:
نمای نزدیک از بینی وارونه سگ.
سیستم بویایی راه قابل دسترس تری برای مطالعه مغز به عنوان یک کل فراهم می کند. یک سگ قبل از تعقیب بوی یک عطر، بینی خود را در هوا بالا می برد. یک پشه قبل از اینکه برای وعده غذایی بعدی روی بازوی شما فرود بیاید زیگزاگ به جلو و عقب حرکت می کند. وجه مشترک این رفتارها این است که به این حیوانات کمک می کنند تا دنیای خود را از طریق بینی خود ببینند.
در حالی که انسان ها عمدتاً از بینایی خود برای حرکت در محیط خود استفاده می کنند، اکثریت قریب به اتفاق موجودات روی زمین از طریق بویایی - حس بویایی خود - ارتباط برقرار کرده و جهان را تجربه می کنند. مغز حیوانات چگونه اطلاعات را از محیط خود به تغییرات در رفتارشان ترجمه می کند؟
در اینجا، ارتباطات متقابل بین بوها و رفتارها ردیابی می شود- به این پرداخته می شود که چگونه رفتار بر تشخیص بو تأثیر می گذارد، چگونه مغز اطلاعات حسی را از بوها پردازش می کند و چگونه این اطلاعات باعث ایجاد رفتارهای جدید می شود.
تجسم بوها به محققان کمک می کند تا فناوری هایی را طراحی کنند که بوها را به خوبی سگ تشخیص دهند.
تشخیص بوهای موجود در محیط
هنگامی که بوی گل در هوا منتشر می شود، به شکل ابر مولکول هایی توسط باد منتقل می شود . هنگام عبور از فضا با موانع فیزیکی و اختلاف دما مواجه می شود. این فعل و انفعالات تلاطمی ایجاد می کند که ستون بو را به رشته های نازکی تقسیم می کند که با دور شدن رایحه از منبع خود پخش می شود. این رشته ها در نهایت به بینی حیوان یا آنتن حشره می رسند.
بوهایی که به رشته‌ها تقسیم می‌شوند، برای حیواناتی که از آنها برای یافتن غذا یا جفت یا دوری از تهدید استفاده می‌کنند، چالش برانگیز است. پیش بینی دقیق اینکه بو از کجا می آید دشوار می شود. آیا منبع مستقیماً جلوتر است، سمت چپ یا راست، بالا یا پایین؟
این ویدیو توسط آزمایشگاه Crimaldi دانشگاه کلرادو بولدر نشان می‌دهد که در گذر زمان یک توده بو در پشت منبع متحرک ایجاد می‌شود. منبع از سمت چپ بالا و پایین می رود و بو از چپ به راست جریان می یابد.
برای حل این مشکل، حیوانات آنچه را که رفتارهای حسی فعال نامیده می‌شود تکامل داده‌اند که توانایی آنها را در تشخیص و یافتن بوها در محیط بهبود می‌بخشد.
به عنوان مثال، وقتی مگس بوی میوه را تشخیص می دهد یا پشه دی اکسید کربن را از میزبان احتمالی تشخیص می دهد، هر دو حشره ابتدا به سمت باد حرکت می کنند تا به بوی منبع غذایی نزدیک شوند. سپس در یک حرکت پرپیچ و خم به عقب و جلو حرکت می کنند تا قبل از اینکه دوباره به سمت باد موج بزنند، رشته های بو بیشتری پیدا کنند. اگر آنها رایحه را از دست دادند، دوباره شروع به حرکت پرپیچ و خم به عقب و جلو می کنند تا زمانی که عطر را پیدا کنند. حیوانات بزرگتر مانند موش ها و سگ ها نیز به طور متناوب بین حرکات جهت دارتر و اقدامات جستجوی اکتشافی تر انجام می دهند.
حیوانات همچنین بینی و آنتن های خود را حرکت می دهند تا شانس مواجهه با بو را افزایش دهند. به همین دلیل است که سگ‌ها بینی خود را در هوا بالا می‌برند تا میزان بویی را که می‌بویند افزایش دهند، و به همین دلیل است که حشرات آنتن‌های خود را حرکت می‌دهند تا به هم بزنند و به هوا نفوذ کنند تا تماس بهتری با مولکول‌های بو برقرار کنند.
هنگامی که اطلاعات بوها به حیوان می گوید که به منبع نزدیک است، جستجوی بصری وارد عمل می شود.
ایجاد حس بوها
هنگامی که یک حیوان با یک توده بو تماس می گیرد، حضور این مولکول های بو را از طریق پروتئین های کوچکی به نام گیرنده های بو تشخیص می دهد. این گیرنده ها در نورون های حسی پوشاننده حفره بینی یا آنتن ها تعبیه شده اند.
هر نورون حسی تنها حاوی یک نوع خوشبوکننده r است
گیرنده و هر نوع گیرنده خوشبو دارای شکل و مجموعه ای از خواص شیمیایی متفاوتی است که تعیین می کند کدام بوها می توانند به آن متصل شده و آن را فعال کنند. اکثر این گیرنده ها بوهای متعدد را تشخیص می دهند و بیشتر بوها می توانند به چندین گیرنده مختلف متصل شوند. آنچه که هویت یک بوی خاص در مغز را رمزگذاری می کند، با ترکیبی از گیرنده ها و قدرت نسبی فعال شدن آنها تعیین می شود.
این ویدئو از آزمایشگاه Wachowiak در دانشگاه یوتا، فعالیت پیاز بویایی در مغز موش را نشان می دهد که موش در معرض بوهای مختلف قرار می گیرد. بوهای مختلف باعث می شود ترکیبات مختلف نورون ها در لامپ بویایی روشن شوند.
حیوانی مانند موش حدود هزار نوع گیرنده بو دارد. وجود تعداد زیادی از این گیرنده‌ها با اشکال متنوع به سیستم اجازه می‌دهد تا تعداد بسیار زیادی از بوهای منحصربه‌فرد شیمیایی، از جمله بوی‌هایی که حیوان تا به حال با آنها مواجه نشده است را شناسایی و تمایز دهد. بیشتر بوهای موجود در محیط اغلب ترکیبی از انواع مختلفی از مولکول ها هستند. بوی برخی از گل ها می تواند ترکیبی از بیش از 100 ترکیب شیمیایی مختلف باشد.
هنگامی که یک مولکول بو به یک گیرنده متصل می شود، نورون های حسی سیگنال های الکتریکی خاصی را به بخش هایی از مغز به نام گلومرول های بویایی ارسال می کنند. بوهای مختلف الگوهای مشخصی از فعالیت الکتریکی را در این نواحی ایجاد می‌کنند و این امر یک نمایش عصبی خاص از بو را در مغز ایجاد می‌کند.
دانشمندان علوم اعصاب فرض می‌کنند که وقتی این سیگنال‌ها در اعماق مغز مراحل متوالی پردازش را پشت سر می‌گذارند، بازنمایی حسی بو به روش‌هایی تغییر می‌یابد که اطلاعات مفیدتری برای بقا استخراج می‌کند. این می‌تواند این باشد که آیا بو از چیزی مغذی ناشی می‌شود، که منبع بالقوه غذا را نشان می‌دهد، یا می‌تواند به حیوان کمک کند تا تشخیص دهد که آیا بو از یک رقیب یا شکارچی بالقوه می‌آید.
این بازنمایی‌های حسی مجدداً پایه‌ای را برای چگونگی درک بو توسط حیوانات و تعیین اقداماتی که در پاسخ به این اطلاعات انجام می‌دهند را تشکیل می‌دهند.
از بو تا عمل
هنگامی که اطلاعات مربوط به یک بوی خاص به مغز می رسد، اغلب رفتارهای غریزی و آموخته شده را برمی انگیزد. بوهایی که نشانه خطر است ممکن است باعث یخ زدن یا فرار حیوان شود، در حالی که بوهای عضوی از همان گونه ممکن است باعث شود حیوان قلمرو خود را مشخص کند یا شروع به خواستگاری کند.
در بسیاری از موارد، حیوانات این وظایف را با دقت و اثربخشی باورنکردنی انجام می دهند. استفاده از سگ های جستجوگر برای یافتن افراد گمشده و خوک ها برای یافتن ترافل ها هنوز رایج است زیرا فناوری های موجود قادر به انجام این کار نیستند.
حیوانات به این سطح از عملکرد دست می یابند نه فقط به این دلیل که قادر به تشخیص و شناسایی بو هستند. آنها همچنین می‌توانند ویژگی‌های بو، مانند شدت بو، با سرنخ‌های محیطی، مانند جهت باد، و نشانه‌های داخلی، مانند گرسنگی را ادغام کنند. همه این اطلاعات گرد هم می آیند تا توالی خاصی از رفتارها مانند "روی باد و سپس راه رفتن به جلو" را ایجاد کنند.
سگ ها برای ارائه اطلاعات مسافت طولانی به بوها متکی هستند. از سوی دیگر، انسان از بوها برای مسافت های کوتاه استفاده می کند.
برای درک اینکه چگونه بو این رفتارها را هدایت می کند، دانشمندان فعالیت مغز حیوانات را هنگام انجام اقدامات خاص اندازه گیری یا دستکاری می کنند. این کار با استفاده از تصویربرداری، الکتروفیزیولوژی یا اپتوژنتیک انجام می شود که به طور انتخابی نورون های خاصی را با تابش نور به آنها فعال می کند. این رویکردها به محققان این امکان را می دهد تا بفهمند که چگونه الگوهای فعالیت مغز وقتی حیوانی رفتار خود را برای تعقیب بو تغییر می دهد، تغییر می کند، یا چگونه نشانه های محیطی و درونی ترکیب می شوند تا بهترین حدس را در مورد مکان وعده غذایی بعدی خود ایجاد کنند.
پیشرفت علم و فناوری توسط بینی
سیستم بویایی یک فرصت منحصر به فرد برای درک اینکه چگونه مغز اطلاعات محیطی را پردازش می کند و آن را به رفتار ترجمه می کند، ارائه می دهد. در مقایسه با سایر نواحی مغز، مدار بویایی ساختار ساده‌تری دارد و از مراحل پردازش کمتری استفاده می‌کند. سادگی نسبی آن چیزی است که به دانشمندانی مانند ما اجازه می دهد تا آن را از ابتدا به انتها مطالعه کنند و نحوه عملکرد مغز را به طور کلی بیاموزند.
یک امدادگر با یک سگ همکار از میان ویرانه های یک خانه مسکونی برای جستجوی بازماندگان می گذرد.
درک عملکرد مغز از طریق دریچه بویایی نیز می تواند راه را برای تحولات دگرگون کننده در مهندسی، علوم اعصاب و سلامت عمومی هموار کند. تحقیقات ما باید توسعه ربات‌هایی با دماغه الکترونیکی را تسریع بخشد که می‌توانند از بوها برای جستجوی سلاح‌های شیمیایی، نشت نفت زیر آب و نشت گاز طبیعی از خطوط لوله در محیط‌هایی که ممکن است برای انسان یا حیوانات خسته کننده یا خطرناک باشد، استفاده کنند. ربات ها همچنین ممکن است قادر به جستجوی افراد مفقود یا قربانیان فاجعه باشند، کاری که معمولاً هوشمندانه انجام می شود
ما بر این باوریم که آینده ای هیجان انگیز در توسعه علمی و پزشکی درست زیر بینی ماست.
نویسندگان
جان کریمالدی
استاد مهندسی عمران، محیط زیست و معماری، دانشگاه کلرادو بولدر
برایان اچ اسمیت
متولیان پروفسور ASU، دانشگاه ایالتی آریزونا
الیزابت هونگ
استادیار علوم اعصاب، موسسه فناوری کالیفرنیا
ناتان اوربان
پروست و معاون ارشد، دانشگاه لیهای
منبع : The Conversation
برگردان به فارسی :کاوه وحیدی آذر
ارتباط با تبریز امروز
اخبار ، گزارشات ، عکسها و فیلم های خود را برای ما ارسال دارید . برای ارسال میتوانید از طریق آدرس تلگرامی یا ایمیل استفاده کنید.
اشتراک در خبرنامه
برای اطلاع از آخرین خبرهای تبریز امروز در کانال تلگرام ما عضو شوید.
فرم تماس با تبریز امروز
کلیه حقوق این سایت متعلق به پایگاه خبری تبریز امروز بوده و استفاده از مطالب آن با ذکر منبع بلامانع
است.
طراحی وتولید
توسططراح وب سایت