Egg og bacon, granbar, smøreolje, liljer eller nylagede boller. Du trekker pusten og kjenner minner skylle over deg.

Selv den svakeste duft kan sette i gang din indre film og hente frem de skarpeste bilder fra barndommen, ferieturen eller det stedet du alltid går forbi på vei til jobben.

Koblingen mellom lukt og minner er velkjent, men hvordan denne koblingen oppstår har vært ukjent. Inntil nå. Nå har forskere på Kavliinstituttet på NTNU funnet ut hvordan lukt og minner limes sammen.

Et genetisk puslespill

Luktesansen har alltid vært den sansen som er vanskeligst å studere.

Når du kjenner den deilige duften av egg og bacon, så er det minst 100 ulike duftmolekyler som treffer nesens sensorer. Alt i alt finnes det mer enn en million forskjellige duftmolekyler som i ulike kombinasjoner blir det vi kjenner igjen som ulike lukter.

Det er nok en del av forklaringen når det har tatt tid å knekke luktesansens koder.

Luktesystemet fungerer slik at hvert duftmolekyl er som en nøkkel som må passe inn i et nøkkelhull for å bli gjenkjent. De har helt ulike geometriske former.

Det er en svært omfattende jobb å finne ut av hvilke molekyler som kjennes igjen av de rundt tusen ulike sensorene i nesen, og i hvor godt de ulike molekylene passer. Det er slik at det er mange nøkler til hvert nøkkelhull, men noen passer bedre enn andre.

Et nokså omfattende puslespill altså. Men, noen store fremskritt er gjort på feltet.

Forskerne Richard Axel og Linda Buck avslørte hvilke gener som lager nesens sensorer for lukt. Nesten 400 gener er involvert i dette. Til sammenligning lages sensorene i øyet av fire gener.

Dette var i 1991, og forskerne har senere fått nobelpris for dette funnet. Etter det har forskningen på lukt og luktesans tatt av, og de grunnleggende mekanismene for hvordan lukt leses av inne i nesen begynner nå å bli godt dokumentert.

Hvordan hjernen jobber videre med signalene fra luktesensorene er derimot ikke særlig godt forstått. Og hva gjør at du kjenner igjen en lukt som akkurat den lukten? Det er et mysterium som ennå ikke er løst.

Kei Igarashi er forsker og jobber på Kavliinstituttet. Han har jobbet lenge med luktesansens koblinger inne i hjernen.

– Da jeg jobbet i Tokyo fant jeg ut at den såkalte luktelappen har fysiske koblinger som strekker seg inn til det området i hjernen som er kjent for å jobbe med stedsans og hukommelse, entorhinal cortex, forteller han.

– Jeg hadde veldig lyst til å finne ut mer om disse koblingene.

Nese for navigasjon

Igarashi og hans forskerkolleger på Kavliinstituttet klekket ut en måte å finne hvordan denne kommunikasjonen mellom nese, hukommelse og stedsans foregår.

De satte opp en labyrint for rotter som fungerte slik at rotta først stakk nesen sin inn i et hull for å kjenne på en lukt, deretter skulle den velge en av to veier for å finne mat.

Labyrinten ble laget slik at dersom det var lukt A som var innenfor hullet så var maten ved enden av den høyre veien, og hvis det var lukt B så var maten ved enden av den venstre veien.

Det tok ikke lang tid for rottene å lære sammenhengen, og etter tre ukers trening valgte rottene rett vei i mer enn 85 prosent av forsøkene. Koblingen mellom lukt, hukommelse og sted var etablert.

Samtidig som rottene lærte seg å bruke lukten som guide for å vite hvilken vei de skulle gå for å finne mat så ble aktiviteten i hjernen deres overvåket. En rekke elektroder registrerte hjernebølger i de områdene som jobber med hukommelse og stedsans, hippokampus og entorhinal cortex.

Endret aktivitetsmønster i hjernen

Etter at rottene hadde lært seg koblingen mellom lukt og sted viste det seg et tydelig aktivitetsmønster i hjernen når rottene skulle huske hvordan de måtte bevege seg for å finne mat.

– Like etter at rotta har kjent lukten så kommer det en sterk økning i aktiviteten mellom to helt bestemte områder i hjernen, forklarer Igarashi.

– Og denne aktiviteten viser seg som bølger med en frekvens på 20-40 Hz. Det er bare i akkurat denne nettverksforbindelsen i hjernen vi ser en slik aktivitetsøkning når rotta skal hente frem minnet om den veien den må gå.

Vi kan sammenligne det med å snakke i en walkie talkie. For å kommunisere må du og den du skal snakke med stille dere inn på samme frekvens for å kunne høre hverandre.

Det som skjer inne i hjernen til rottene når koblingen mellom lukt og sted etableres er nærmest som å opprette en frekvens for kontakt mellom grupper av celler i hjernen.

Denne sammenkoblingen blir forsterket, fininnstilt på rett frekvens, gjennom læringen.

– Vi forstår fortsatt ikke hvordan vi identifiserer de ulike luktene, sier Igarashi. 

– men nå vet vi hvordan de delene som sørger for dette snakker sammen, nemlig fininnstilling av bølgefrekvenser.

Referanse:

Kei M. Igarashi m.fl.: Coordination of entorhinal–hippocampal ensemble activity during associative learning. Nature, juli 2014. Doi:10.1038/nature13162