Selv om hjernen til en nattsvermer er mindre enn et knappenålshode, vet vi mye om nerveaktiviteten der. Ett av områdene som er mye studert, er hjernens primære luktsenter, antenneloben.

Nå har forskere ved NTNU funnet detaljerte data i et høyereliggende og relativt ubeskrevet luktsenter i nattsvermerhjernen som vi vet kommuniserer nærmere med det motoriske systemet.

Funnene gir oss ny kunnskap om det gåtefulle som skjer i hjernen vår når vi lukter.

Duftsignaler med spesifikke adresser

En hann av nattsvermerarten Heliothis virescens kan lukte en hunn av samme art på en kilometers avstand. Hannen klarer også å registrere duft fra en hunn av en annen art pluss diverse plantedufter.

I antenneloben finner vi et nettverk av nevroner som danner kuleformede strukturer kalt glomeruli – som er latin for nøste. Dette nervenettverket er slående likt det vi finner i vår egen luktelapp, altså det primære luktsenteret i menneskehjernen.

Vi vet at hvert enkelt duftsignal som nattsvermerhannen registrerer, blir gjenkjent av spesifikke luktnevroner på insektets lukteorgan, antennene.

Disse luktenevronene er små nerveceller som via nervefibre danner en direkte forbindelse mellom hjernens luktsenter og verden utenfor. Duftsignalene blir båret inn til antenneloben, der luktenevronener blir behandlet i hvert sitt spesifikke glomerulus. 

Duftsignalenes betydning for adferd bestemmer

Forskerne har nå studert hvordan duftinformasjonen blir behandlet i det neste området av insektets luktebane, nemlig som kalles det laterale horn.

– I dette høyereliggende senteret er organiseringen ganske annerledes. Her blir de ulike duftene behandlet i relativt vide områder som i høy grad overlapper. Men nervenettverket her er ordnet etter den adferden som de ulike luktene trigger hos insektet, forklarer professor Bente G. Berg ved Psykologisk institutt på NTNU.

Duftstoffene som nattsvermerhunnen frigir, kalles feromoner. En nattsvermerhann som lukter en hunn av samme art, begynner straks å fly i sikksakk mot vindretningen. Feromonene fra hunnen bæres av vinden, og han må derfor fly mot vinden for å finne luktkilden.

Lukter han en hunn av en annen art, endrer han derimot kurs og flyr bort fra hunnen. Denne adferden hjelper hannen med å finne en make han kan pare seg med, og luktesystemet bidrar til å sikre artens overlevelse.

Den nye studien viser at feromoner fra en hunn av samme art og feromoner fra en hunn av en annen art, som altså utløser ulik adferd, behandles i spesifikke områder i det laterale horn. Videre går informasjon om plantedufter til et tredje område.

– Vi har visst at plantedufter og feromonsignaler går til ulike områder, men at to typer feromonsignaler, som hvert er koblet til ulik adferd, går til ulike områder, er nytt for oss, opplyser Berg.

Nattsvermer vs. menneske

Nå lurer du kanskje på hvordan de ferske dataene fra den lille nattsvermerhjernen kan hjelpe oss til å forstå vår egen luktesans.

Vi mennesker klarer jo å overstyre instinktene våre, og bestemte lukter utløser ikke automatisk bestemte handlinger – slik tilfellet er for nattsvermerhannen. Det laterale horn finnes heller ikke i menneskehjernen.

Likevel har hjernen din flere likheter med nattsvermerens hjerne enn du kanskje har trodd.

Vi har for eksempel en luktelapp som består av ikke-overlappende glomeruli, slik som antenneloben hos insektet. Vi har også høyereliggende områder som viser slående likheter med tilsvarende nivå i insektets system. Data fra amygdala, et område av luktebanen til pattedyr, ligner på dataene vi har funnet i nattsvermerens laterale horn.

Hos mennesker blir også duftsignaler behandlet i egne og delvis overlappende områder i amygdala. I likhet med det laterale horn, mottar amygdala nerveimpulser direkte fra det primære luktsenter, forklarer Berg. 

Hun legger til at også vår duftopplevelse ofte framkaller sterkt behag eller ubehag – og at dette har sammenheng med aktivisering av amygdala.

– Denne hjernestrukturen spiller en viktig rolle for våre emosjonelle reaksjoner, opplyser hun.

Studerer levende hjerne

På tross av likhetene er nattsvermeren et bedre egnet modellobjekt i nevrovitenskapelige studier enn deg og meg. Derfor er det også nattsvermerne forskerne i luktlaboratoriet ved Psykologisk institutt jobber med.

Nattsvermerhjernen inneholder funksjonelle nervenettverk som er relativt lett tilgjengelig for eksperimentelle studier. Forskerne kan for eksempel registrere aktivitet fra individuelle hjernenevroner i den levende organismen samtidig som de setter et fargestoff i nevronet.

– For oss som studerer luktesansen, er det selvsagt viktig med kunnskap om og tilgang til dufter som er relevant for atferden vår. Ved å blåse aktuelle feromoner fra en hunn-nattsvermer over hannens antenner, kan vi få svært presise indikasjoner på hvilke kodingsmekanismer systemet benytter, forklarer Berg.  

Siden insekthjernen er så liten, kan også forskerne analysere intakte hjernepreparat i et mikroskop. På den måten kan de se hvordan nervenettverket er satt sammen og hvordan de ulike nervecellene kommuniserer med hverandre. Så langt har ingen greid å kartlegge hvordan dufter som er relevante for adferden til oss pattedyr, avspeiler seg i høyere områder av våre luktebaner.

– Vi klarer ikke å studere slike prosesser i enkelte nerveceller hos en hvilket-som-helst organisme. I tillegg til den generelle kunnskapen vi får om luktesystemet, er det ganske forunderlig å se hvor utrolig avansert og velorganisert nervesystemet i den lille insekthjernen er, avslutter Berg.

Referanse:

Xin-Cheng Zhao, mfl. Representation of pheromones, interspecific signals, and plant odors in higher olfactory centers; mapping physiologically identified antennal-lobe projection neurons in the male heliothine moth. Frontiers in Systems Neuroscience. vol. 8 (186), 2014. Sammendrag.