Arten wie Hunde und Nagetiere nutzen Ihren Geruchssinn, um zu navigieren in Richtung wünschenswert, Gegenstände und Orte und Weg von denen, die Sie vermeiden sollten. Aber die Menschen haben die gleichen Fähigkeiten? Es ist eine Frage, die University of Pennsylvania promovierte Neurobiologe Jay Gottfried hat versucht, zu beantworten, und durch das mischen von Pinien und Bananen-Düfte schaffen eine einzigartige „smellscape,“ er war in der Lage zu entziffern, wie das menschliche Gehirn nutzt solche Geruchs-Informationen zu bewegen durch einen besonderen zwei-dimensionale Umgebungen.
„Jeder unserer fünf Sinne spielt eine einzigartige Rolle, aber der Geruch scheint behandelt zu werden wie das schwarze Schaf der Familie“, sagt Gottfried, ein Penn Integriert Wissen professor mit Verabredungen in den Abteilungen der Psychologie und Neurologie. „Natürlich brauchen Sie nicht Ihren Geruchssinn, um einen test nehmen, oder ein Auto fahren, aber es hat einen großen Einfluss auf unsere Lebensqualität.“
Gottfried hat das Studium der Wissenschaft der Geruch für mehr als 15 Jahre. In dieser Arbeit zunächst untersucht, wie das Gehirn ermöglicht es den Menschen zu erkennen, zu unterscheiden und zu identifizieren, Gerüche. Mehr vor kurzem, obwohl, sein wissenschaftlicher Fokus verschob sich auf die olfaktorische, räumliche navigation, wohl eine der olfaktorischen system die wichtigsten Funktionen.
Dieses Thema ist die Grundlage für eine neue Arbeit, die er und Kollegen in der Fachzeitschrift Neuron. Ihre Studie verwendet verschiedene Kombinationen von Pinien und Bananen-Düfte zu bauen ein zwei-dimensionales Gitter, was Gottfried beschreibt, wie ein smellscape. Als Teilnehmer bewegten sich zwischen „start“ und „Ende“ der grid-Punkte—basierend auf den Geruch der Mischungen, die Sie gerochen—Ihre Hirnaktivität zeigte ein aktivierungsmuster mit hexagonaler Symmetrie, die wurde als eine de-facto-olfaktorische Karte. Was mehr ist, dieses Muster ähnelte grid-ähnliche mapping-Strukturen, die zuvor gezeigt, zu helfen, die Tiere in andere Formen der räumlichen Orientierung.
„Mehreren spannenden Vorträgen, haben gezeigt, dass mit Hilfe der funktionellen Bildgebung, finden Sie proxies dieser grid-Architektur im menschlichen Gehirn“, sagt Gottfried. „Was wir getan haben in dieser Studie ist, bringen gemeinsam konzeptionelle Vorstellungen darüber, Geruch-navigation mit grid-cell-Modelle, dann einen Satz von Gerüchen zu definieren, die einen zwei-dimensionalen Raum.“
Grid-cell-Modelle gewonnen Traktion mit menschlichen kognitiven Neurowissenschaftler, die nach May-Britt Moser, Edvard Moser und John O ‚ Keefe gewann 2014 den Nobelpreis für Ihre Entdeckung dieses Systems bei Ratten. Ihr Modell zeigte, wie die Tiere bewegt, um eine Runde arena, Neuronen ausgelöst, die in regelmäßigen Abständen, erstellen eine Muster, die ähnelt einem dicht gepackten array von Sechsecken. Die daraus resultierenden sechs-Fach-Koordinatensystem gezeigt wurde, ist ein Anker für die räumliche Orientierung, Führung, ein Tier Suchstrategie innerhalb einer Umgebung.
Gottfried und seine Kollegen angewendet, diese Idee zu Ihrer Studie recruiting-25 Themen abgeschlossen, um die olfaktorische navigation Aufgabe durch eine „arena“, definiert durch sechs Intensitätsstufen von Pinien und sechs Intensitätsstufen Banane. Bild ein raster mit 36 Plätzen, mit Banane definieren eine Achse, und die Kiefer der Definition der anderen. In dem Versuch, Themen zu psychisch navigieren von einem „start“ – Geruch (eine Kombination Banane-Kiefer-Gemisch) zu einem „Ende“ Geruch (eine andere Kombination), dann zeigen, ob Ihre Bewegung aufeinander abgestimmt Ihre vorhergesagte endgültige position in dieser smellscape.
Mit diesem experimentellen design, der Penn-Wissenschaftler waren die ersten, die versuchen zu verstehen, ob die Themen konnten erfolgreich abgeschlossen werden wie ein Duft, der Aufgabe, und Ihre Ergebnisse zeigen, dass Menschen lernen können, navigieren Sie auf diese Weise.
Jedoch fragten Sie sich auch, ob Ihre Ergebnisse enthüllen könnte, die eine grid-Zelle-Struktur ähnlich zu der bereits dokumentiert Tiere. Ihre funktionelle Bildgebung Daten deuten darauf hin, Geruch navigation in den Menschen hervorruft ähnlich wie raster-Zell-Aktivität im entorhinalen cortex, den ventromedialen präfrontalen Kortex und anterioren piriform cortex, drei Hirnarealen, die eng verbunden mit dem limbischen und olfaktorischen systems. Wichtig ist, entdeckten die Forscher, dass die Teilnehmer mit stärkeren grid-ähnliche Aktivität im entorhinalen Kortex erfolgreich verschoben aus dem ersten Geruch auf den zweiten.
Gottfried erkennt an, dass im Gegensatz zu einem real-Welt-Einstellung, in diesem experiment die Probanden waren nicht aktiv, körperlich durch den Raum bewegen. Vielmehr „Bewegung“ beteiligt mentale navigation zwischen zwei Geruchs-Koordinaten in der smellscape. Aber diese Studie setup herausstellte, haben noch eine gemeinsamkeit mit true-to-life-Szenarien.
„Geruch Intensität nimmt mit der Entfernung den Geruch der Quelle“, sagt Gottfried. „Zum Beispiel, wie Sie näher Sie zu Ihrem Lieblings-donut-shop, die stärker die donut riechen wird. Auf diese Weise, den Geruch der Raum, den wir geschaffen, wo Bananen und Kiefer-Gerüche gehen von stark bis schwach ist, deutet darauf hin, dass dieser Entwurf in etwa erfasst, was eine person könnte natürlich begegnen.“
In der Zukunft, Gottfried-Pläne zu ändern, seine experimentellen set-up, von einer abstrakten Wahrnehmungs-Vorhersage-Aufgabe, um ein virtual reality-Computerspiel, in dem die Teilnehmer brauchen, um zu verfolgen, und suchen Sie einen bestimmten Duft, wie Sie bewegen sich durch einen Geruch gefüllten arena. „Durch Versuch und Irrtum, werden Sie beginnen den Aufbau eines Verständnisses der relationalen position der Gerüche im virtuellen Raum“, erklärt er. „Dann werden wir anwenden, ähnliche Analysen, um zu sehen, ob die raster-Zellen ins Spiel kommen.“
Es ist alles Teil eines Körpers, Arbeit bedeutete zu fördern, ein größeres Verständnis der Geruch, der Gottfried sagt, er fühlt sich glücklich, zu studieren.