Smaken spelar roll för fruktflugor, precis som för människor:precis som människor tenderar flugorna att söka efter och konsumera sötsmakande mat och avvisa mat som smakar bittert. Men lite är känt om hur söta och bittra smaker representeras av hjärnkretsloppen som kopplar känsla till beteende.

I en ny studie publicerad i Current Biology , beskrev forskare vid Brown University hur de utvecklade en ny bildteknik och använde den för att kartlägga fruktflugornas neurala aktivitet som svar på söta och bittra smaker.

"Dessa resultat visar att hur flughjärnorna kodar matens smak är mer komplext än vi hade förväntat oss", säger studieförfattaren Nathaniel Snell, som tog sin doktorsexamen. i neurovetenskap från Brown 2021 och genomförde forskningen som en del av sin avhandling.

Lika betydelsefull som forskarnas resultat är metoden de använde, säger Gilad Barnea, professor i neurovetenskap vid Browns Warren Alpert Medical School och chef för Center for the Neurobiology of Cells and Circuits vid Universitys Carney Institute for Brain Science.

För att lära sig mer om hjärnprocesserna som styr flugornas reaktion på smakupplevelser, utvecklade Barnea, Snell och en grupp doktorander och studenter i Barneas labb en ny avbildningsteknik som kallas "trans-Tango(aktivitet)." Detta är en anpassning av trans-Tango, en mångsidig teknologi som uppfanns av Barnea-labbet och som används för att spåra nervkretsar i hjärnan. Barnea sa att trans-Tango(aktivitet) tar förståelsen till en ny nivå genom att avslöja hur specifika neuroner i kretsarna svarar på stimuli.

Hjärnans svar på stimuli är som ett relä, förklarade Barnea:"Pinnen" passerar från en neuron till nästa, och sedan till nästa, och så vidare. Tidigare tekniker kunde identifiera en neuron med pinnen, men inte vem som gav pinnen till den neuronen.

"Trans-Tango (aktivitet) gjorde det möjligt för oss att selektivt titta på andra ordningens neuroner i kretsen, så att vi kunde fokusera på hur de reagerade på söta och bittra smaker," sa Barnea.

Eftersom reaktionen på söta och bittra smaker är så olika, var forskarnas förväntningar att den neurala aktiviteten längs kretsarna som förmedlar dessa reaktioner också skulle vara helt olika, sa han. Men trans-Tango(aktivitet) avslöjade viss överlappning av neural aktivitet redan i andra ordningens neuroner i dessa kretsar som svar på de två smakerna.

Barnea sa att några av resultaten kan visa hur flugor vet att de kan undvika en viss rutten, giftig eller på annat sätt dålig del av ett livsmedel, till exempel. Sammantaget sa han att studieresultaten understryker vikten av de sofistikerade och raffinerade smakprocesserna.

"Du måste komma ihåg att att äta, eller mata, är en aktivitet där du - oavsett om du är en fluga eller en människa - inte kan göra misstag," sa han. "Om du konsumerar något dåligt för dig kan det vara skadligt. Alla som någon gång har betalat dyrt efter att ha ätit en dålig mussla kan bekräfta detta. Så förmågan att veta att undvika vissa livsmedel, eller till och med vissa områden eller delar av maten, är viktig. för artens överlevnad."

Ett fynd var särskilt spännande för Barnea, inte på grund av vad det sa om överlevnad, utan vad det potentiellt avslöjade om njutning. Andra ordningens neuroner reagerade på bittra smaker inte bara när smakerna presenterades, utan också när de togs bort. Överraskande nog hittade Barnea och hans kollegor en viss överlappning i aktivitet när det beska togs bort och det söta presenterades.

Barnea sa att detta påminde honom om begreppet "aponia", som på antikgrekiska betyder "frånvaro av smärta", och som av de epikuriska filosoferna ansågs vara höjden av njutning.

"Det faktum att vi ser en neuron som reagerar både på avlägsnandet av den "dåliga" stimulansen - bitter smak - och på presentationen av den "goda" stimulansen - söt smak - påminner biologiskt om detta filosofiska koncept, säger Barnea. som lade till att framtida forskning kommer att utforska detta svar ytterligare.

När det gäller varför insekters smaksinne spelar roll för människor, som kan uppleva smak annorlunda, hänvisade Barnea till de insekter som tycker att människor är särskilt attraktiva:"Att förstå vad som driver smak- och luktbeteenden hos myggor, till exempel, är mycket viktigt för att lära sig hur man minskar deras effekt på människor", sa han. "Vår studie kan lägga till en liten bit till det stora pusslet."

Studien visar hur en forskningsfråga kan ge impulser till att utveckla en ny vetenskaplig teknik som sedan kan användas för att svara på nya forskningsfrågor – och vice versa.

"Vi tror att trans-Tango (aktivitet) kan vara ett användbart verktyg inte bara för att studera hur smaksinnet fungerar, utan för att förstå neurala kretsar i allmänhet," sa Snell. "Sensoriska neuroner kodar för många olika typer av information om världen, och att ta reda på hur denna information vidarebefordras, transformeras eller integreras när den färdas från perifera till djupare lager av en neural krets är en central fråga inom neurovetenskap. Trans-Tango(aktivitet) är helt redo att kunna svara på sådana frågor."

Det tog Barnea mer än 20 år att utveckla trans-Tango till den punkt där den kunde användas framgångsrikt i fruktflugor, sade han, men ändå bara fem år för teamet att utveckla och publicera trans-Tango (aktivitet) - och ytterligare anpassningar är för närvarande pågår.

"Ju mer vi använder tekniken, desto bättre blir den, och desto mer kan vi lära oss av den, och desto fler frågor kan vi tillämpa den på," sa Barnea. + Utforska vidare

Ny teknologi ger kraftfulla nya sätt att studera neurala kretsar