Κάθε γεύση, από το γλυκό ως το αλμυρό, ανιχνεύεται από ένα μοναδικό σύνολο νευρώνων στον εγκέφαλο των ποντικών, όπως αποκαλύπτει μια μελέτη το 2011. Τα ευρήματα δείχνουν ότι οι νευρώνες που ανταποκρίνονται σε συγκεκριμένες γεύσεις είναι διακριτά διατεταγμένοι σε αυτό που οι επιστήμονες αποκαλούν «γευστικό τοπογραφικό χάρτη». Πρόκειται για τον πρώτο χάρτη που δείχνει πώς αναπαρίσταται η γεύση στον εγκέφαλο των θηλαστικών.
Δεν υπάρχει περίπτωση να μπερδέψει κανείς τη γλύκα ενός ώριμου ροδάκινου με την αλμύρα ενός πατατακιού – εν μέρει χάρη σε εξαιρετικά εξειδικευμένα, επιλεκτικά συντονισμένα κύτταρα στη γλώσσα που ανιχνεύουν κάθε ξεχωριστή γεύση.
Τώρα, επιστήμονες του Ινστιτούτου Ιατρικών Ερευνών Howard Hughes και των NIH πρόσθεσαν στην κατανόησή μας για το πώς αντιλαμβανόμαστε τη γεύση, δείχνοντας ότι τέσσερις από τις βασικές μας γεύσεις – γλυκιά, πικρή, αλμυρή και «ουμάμι», ή αλμυρή-νόστιμη – επεξεργάζονται επίσης από διακριτές περιοχές του εγκέφαλου. Οι ερευνητές δημοσίευσαν την εργασία τους στο τεύχος της 2ας Σεπτεμβρίου 2011 του περιοδικού Science.
«Αυτή η εργασία αποκαλύπτει περαιτέρω την κωδικοποίηση στο γευστικό σύστημα μέσω σημασμένων γραμμών και εκθέτει τη βασική λογική για την αναπαράσταση στον εγκέφαλο της τελευταίας από τις πέντε κλασικές αισθήσεις», δήλωσε ο Charles S. Zuker, ερευνητής του Ινστιτούτου Ιατρικών Ερευνών Howard Hughes, ο οποίος εργάζεται στο Κολέγιο Ιατρών και Χειρουργών του Πανεπιστημίου Κολούμπια.
«Ο τρόπος με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τον αισθητηριακό κόσμο είναι κάτι που έχει συναρπάσει την ανθρωπότητα σε όλη τη διάρκεια της ύπαρξής της», λέει ο Nicholas J. P. Ryba από το Εθνικό Ινστιτούτο Οδοντιατρικής και Κρανιοπροσωπικής Έρευνας, ο οποίος συνεργάστηκε με τον Zuker στη νέα μελέτη. «Τι είναι πραγματικά μια γεύση; Είναι η πυροδότηση ενός συνόλου νευρώνων στον εγκέφαλο, και αυτό είναι που θέλουμε να κατανοήσουμε».
Στο παρελθόν, οι ερευνητές είχαν μετρήσει την ηλεκτρική δραστηριότητα μικρών συστάδων νευρώνων για να δουν ποιες περιοχές του εγκέφαλου ενός ποντικιού ενεργοποιούνταν από διαφορετικές γεύσεις. Σε εκείνα τα πειράματα, οι περιοχές που ανταποκρίνονταν σε διαφορετικές γεύσεις φαινόταν να αναμειγνύονται, και οι επιστήμονες κατέληξαν επομένως ότι οι νευρώνες φαινόταν να επεξεργάζονται όλες τις γεύσεις με ευρύ τρόπο.
Ο Zuker, ο Ryba και άλλοι συνεργάτες είχαν προηγουμένως ταυτοποιήσει μοναδικούς γευστικούς υποδοχείς και κύτταρα γευστικών υποδοχέων για κάθε γεύση – αποκαλύπτοντας ένα σχήμα κωδικοποίησης «μία γεύση, μία κατηγορία κυττάρων». Η ενεργοποίηση αυτών των κυττάρων υποδοχέων προκαλούσε έμφυτες συμπεριφορές σε ποντίκια: έλξη για το γλυκό, το ουμάμι και το χαμηλό αλάτι και αποστροφή για το πικρό, το ξινό και το υψηλό αλάτι. Με αυτόν τον σαφή σύνδεσμο μεταξύ γεύσης και «προκαθορισμένων» συμπεριφορών, οι ερευνητές αναρωτήθηκαν γιατί διαφορετικές γεύσεις θα επεξεργάζονταν οι ίδιοι νευρώνες στον εγκέφαλο. Υποψιάστηκαν ότι τα προηγούμενα πειράματα είχαν παραβλέψει κάτι. Έτσι, ο Xiaoke Chen, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο του Zuker, δοκίμασε μια ισχυρή νέα τεχνική, που ονομάζεται απεικόνιση ασβεστίου με δύο φωτόνια, για να προσδιορίσει ποιοι νευρώνες ανταποκρίνονταν όταν ένα ζώο εκτίθεται σε διαφορετικές ποιότητες γεύσης.
Όταν ένας νευρώνας ενεργοποιείται, απελευθερώνει ένα κύμα ασβεστίου σε ολόκληρο το κύτταρο. Έτσι, το επίπεδο του ασβεστίου μπορεί να χρησιμεύσει ως υποκατάστατο για τη μέτρηση της ενεργοποίησης των νευρώνων. Οι ερευνητές ενέχυσαν βαφή στους νευρώνες ποντικών που έκανε αυτά τα κύτταρα να φωσφορίζουν με φθορισμό κάθε φορά που απελευθερωνόταν ασβέστιο. Στη συνέχεια, κοίταξαν τους εγκέφαλους των ποντικών κάτω από ισχυρά μικροσκόπια που τους επέτρεπαν να παρακολουθούν εκατοντάδες νευρικά κύτταρα ταυτόχρονα, βαθιά μέσα στον εγκέφαλο των ποντικών. Όταν ένα κύτταρο ενεργοποιούνταν, οι ερευνητές το έβλεπαν να φθορίζει. Αυτό τους επέτρεπε να παρακολουθούν τη δραστηριότητα μεγάλων συνόλων κυττάρων, σε αντίθεση με προηγούμενες μεθόδους, που παρακολουθούσαν μόνο λίγα κύτταρα τη φορά. Παρατήρησαν πως όταν σε ένα ποντίκι δίνεται κάτι πικρό για να γευτεί, ή όταν διεγείρονται οι υποδοχείς στη γλώσσα του που ανιχνεύουν το πικρό, πολλοί νευρώνες σε μια μικρή, συγκεκριμένη περιοχή του εγκέφαλου φωτίζονται. Όταν στο ποντίκι δίνεται κάτι αλμυρό, ενεργοποιείται μια περιοχή λίγα χιλιοστά μακριά. Κάθε γεύση αντιστοιχούσε σε ένα διαφορετικό σημείο-εστία στον εγκέφαλο. Καμία από τις περιοχές δεν επικαλυπτόταν – στην πραγματικότητα, υπήρχε χώρος ανάμεσά τους.
«Η ιδέα των χαρτών στον εγκέφαλο είναι κάτι που έχει βρεθεί και σε άλλες αισθήσεις», λέει ο Ryba. «Αλλά σε εκείνες τις περιπτώσεις οι χάρτες του εγκέφαλου αντιστοιχούν σε εξωτερικούς χάρτες». Διαφορετικές συχνότητες ήχου ενεργοποιούν διαφορετικά σύνολα νευρώνων, για παράδειγμα. Στην περίπτωση αυτών των ακουστικών νευρώνων, ο χάρτης είναι διατεταγμένος κατά σειρά συχνότητας, από τη χαμηλότερη στην υψηλότερη. Οι οπτικοί νευρώνες βρίσκονται σε διάταξη που μιμείται το οπτικό πεδίο που ανιχνεύουν τα μάτια. Ωστόσο, η γεύση δεν προσφέρει καμία προϋπάρχουσα διάταξη πριν φτάσει στον εγκέφαλο· επιπλέον, οι υποδοχείς για όλες τις γεύσεις βρίσκονται τυχαία σε όλη τη γλώσσα – έτσι η χωρική οργάνωση των γευστικών νευρώνων σε έναν τοπογραφικό χάρτη του εγκέφαλου είναι ακόμη πιο surprising.
Ο Zuker λέει ότι τώρα που η ομάδα ανακάλυψε έναν χάρτη του εγκέφαλου για τις ποιότητες της γεύσης, θέλουν στη συνέχεια να αποκαλύψουν «πώς η γεύση συνδυάζεται με άλλα αισθητηριακά ερεθίσματα, όπως η όσφρηση και η υφή, και η εσωτερική κατάσταση – η πείνα και η προσδοκία, για παράδειγμα – για να χορογραφήσουν τη νοστιμιά, τις γευστικές μνήμες και τις γευστικές συμπεριφορές».
