Hersenonderzoek Hoe de hersenen geuren associëren met plaatsen

Dit is de geur van het kantoor, en dus van de keuken…: Wat is het verband tussen olfactorische indrukken en de plaatsen waaruit onze waarneming en waarneming van veel dieren bestaat? Een onderzoek bij muizen laat nu zien dat in een bepaald neuraal netwerk in het centrum van de reukzin, een ruimtelijke olfactorische kaart wordt gegenereerd die de dieren gebruiken om zich te oriënteren. Dit basisprincipe kan ook de menselijke cognitie bepalen, zeggen de onderzoekers.

Zoals bekend zijn onze oriëntaties en onze herinneringen aan bepaalde plaatsen voornamelijk gebaseerd op visuele indrukken. Maar zoals iedereen uit persoonlijke ervaring weet, kunnen olfactorische associaties ook krachtig voor de hand liggend zijn: een geur, een onaangename geur of een bepaalde geur kan ons mentaal naar een bepaalde plaats vervoeren. Bovendien, volgens de uitdrukking, volgen we soms “onze neus”. Het is bekend dat dit bij sommige diersoorten een belangrijkere rol speelt: “Ze gebruiken geuren voor ruimtelijke navigatie en geheugen, waardoor ze waardevolle bronnen zoals voedsel kunnen vinden”, zegt Cindy Bowe van het Champalimaud Centre for the Unknown in Lissabon. “We wilden de neurale basis voor dit gedrag begrijpen, dus gebruikten we muizen om te bestuderen hoe de hersenen olfactorische en ruimtelijke informatie combineren”, zegt de wetenschapper.

Op het pad van spatio-olfactorische associaties

Eerder was bekend dat neuronen in de hippocampus van de hersenen functioneren als ‘plaatscellen’: ze worden actief op specifieke plekken in een omgeving. Samen symboliseren ze hele gebieden – in de hersenen wordt een ruimtelijke kaart gemaakt. De ontdekking bij muizen werd in 2014 bekroond met een Nobelprijs. De neurale effecten in de hippocampus zijn zo duidelijk dat wetenschappers specifieke activiteitspatronen kunnen gebruiken om het dier in het ruimtelijke systeem te lokaliseren. Als onderdeel van hun onderzoek hebben Poo en haar collega’s nu het vermoeden onderzocht dat soortgelijke effecten ook optreden in het reukcentrum van de hersenen, de reukcortex – in relatie tot reukindrukken. “We vermoedden dat dit deel van de hersenen meer kon dan alleen verschillende geuren herkennen”, zegt Poe.

Om ideeën op te doen deden de onderzoekers experimenten met muizen in een doolhofsysteem: “Daar leerden ze bepaalde geuren en beloningen te associëren met speciale plekken”, legt Poe uit. Terwijl de dieren de bijbehorende taken oplosten, keken de wetenschappers als het ware naar hun hersenen. Voor dit doel werden muizen eerder ingebracht in kleine implantaten die neuronale activiteit in een deel van de reukcortex registreerden. “Door elektrische signalen op te nemen die werden verzonden door honderden individuele neuronen in dit deel van de hersenen, konden we decoderen wat bepaalde neuronen aan het doen waren. Of ze bijvoorbeeld werden geactiveerd wanneer het dier een specifieke geur rook of dat ze zich in een bepaalde plaats in de hersenen.The Labyrinth, legt senior auteur Zachary Menin uit.

Geurneuronen coderen voor ruimtelijke kaarten

Zoals de onderzoekers rapporteren, ontdekten ze een groep neuronen in de olfactorische cortex die blijkbaar op een vergelijkbare manier interageren als de cellen van de hippocampus: ze worden actief op een specifieke locatie in het labyrint – en vormen een neurale kaart van het systeem. Het neurale complex beslaat echter voornamelijk de relevante punten in het doolhof – waar de dieren geuren opmerkten en beloningen ontvingen. We ontdekten dat sommige neuronen reageerden op geur, sommige op locatie en sommige in verschillende mate op beide soorten informatie. Al deze verschillende neuronen zijn op hun beurt gemengd en kunnen ook met elkaar verbonden zijn. Het is daarom logisch dat activering van olfactorische associaties plaatsvindt via activiteiten binnen dit netwerk”, zegt Poe.

Maar creëren we op deze manier ook herinneringen die geuren associëren met specifieke plekken? “Mensen vertrouwen meer op visuele oriëntatiepunten dan op geuren, maar de principes waarmee we onthouden waar we zijn geweest en waar we naartoe gaan, lijken waarschijnlijk erg op elkaar”, zegt Minin. “Onze studie zou dus kunnen bijdragen aan een basisbegrip van hoe de zintuigen worden gebruikt voor navigatie en geheugen”, zegt de wetenschapper.

Quelle: Champalimaud’s Centrum voor het Onbekende, Fachartikel: Natuur, doi: 10.1038/s41586-021-04242-3

© Wissenschaft.de – Martin Vieweg