Idegsejtek, amelyek „felkapcsolódnak” az agyban ételekről készült képek láttán

A kutatók szerint ezek az eredmények tükrözhetik az ételek különleges jelentőségét az emberi kultúrában

Az MIT posztdoktorandusza, Meenakshi Khosla a tanulmány vezető szerzője, az MIT kutatója, N. Apurva Ratan Murty. A tanulmány a Current Biology című folyóiratban jelenik meg.

A kutatók szerint ezek az eredmények tükrözhetik az ételek különleges jelentőségét az emberi kultúrában.

„Az étel központi szerepet játszik az emberi társadalmi interakciókban és kulturális gyakorlatokban. Nem csupán táplálék”–mondja Nancy Kanwisher, a kognitív idegtudomány Walter A. Rosenblith professzora, az MIT McGovern Institute for Brain Research és Center for Brains, Minds, and Machines munkatársa. „Az étel kulturális identitásunk, vallási gyakorlatunk, társadalmi interakcióink és sok más emberi tevékenységünk számos elemének központi eleme”.

Vizuális kategóriák feltérképezése

A több mint két évtizeddel ezelőtt a ventrális vizuális áramlat, az agynak a tárgyak felismerését végző részének tanulmányozása során Kanwisher olyan agykérgi területeket fedezett fel, amelyek szelektíven reagálnak az arcokra. Később ő és csapata más olyan területeket is felfedezett, amelyek szelektíven reagálnak helyekre, testekre vagy szavakra. A legtöbb ilyen területet akkor találták meg, amikor a kutatók kifejezetten a keresésüket tűzték ki célul. „Ez a hipotézisközpontú megközelítés azonban korlátozhatja azt, amit végül találunk” -– mondja Kanwisher.

A ventrális vizuális áramlás alapvető szerkezetének feltárása érdekében Kanwisher és Khosla úgy döntött, hogy elemzi a nyolc emberi alany teljes agyi funkcionális mágneses rezonancia képalkotó (fMRI) válaszainak nagy, nyilvánosan elérhető adathalmazát, miközben több ezer képet néznek. A kutatók azt akarták látni, hogy amikor egy adatvezérelt, hipotézismentes stratégiát alkalmazunk, milyen szelektivitások bukkannak fel, és hogy ezek összhangban vannak-e a korábban felfedezettekkel.

„A másik cél az volt, hogy lássuk, felfedezhetünk-e olyan új szelektivitásokat, amelyeket vagy nem feltételeztek korábban, vagy amelyek az fMRI-adatok alacsonyabb térbeli felbontása miatt rejtve maradtak” – részletezi Khosla.

Ehhez a kutatók egy matematikai módszert alkalmaztak olyan neurális populációk felfedezésére, amelyeket a hagyományos fMRI-adatokból nem lehet azonosítani. Egy fMRI-kép sok voxelből áll – háromdimenziós egységekből, amelyek az agyszövet egy kockáját képviselik. Minden egyes voxel több százezer neuront tartalmaz. Ha ezek közül néhány neuron kisebb populációkhoz tartozik, amelyek egyfajta vizuális bemenetre reagálnak, akkor az ő válaszaikat elnyomhatják más populációk ugyanazon a voxelen belül.

Új vizsgálati módszerek

Az új analitikai módszer képes az egyes fMRI-adatok voxelén belül a neuronpopulációk válaszait kibogozni. Ezt a megközelítést alkalmazva a kutatók négy olyan populációt találtak, amelyek megfelelnek a korábban azonosított klasztereknek, amelyek arcokra, helyekre, testekre és szavakra reagálnak.

„Ez azt mondja nekünk, hogy ez a módszer működik, és hogy a korábban talált dolgok nem csak az adott pálya homályos tulajdonságai, hanem fontos, domináns tulajdonságok” – magyarázza Kanwisher.

Érdekes módon egy ötödik populáció is előkerült, és úgy tűnt, hogy ez az ételekről készült képekre szelektál.

„Ez eléggé zavarba ejtett minket, mert az étel nem egy vizuálisan homogén kategória” – húzza alá Khosla. „Az olyan dolgok, mint az alma, a kukorica és a tészta, annyira nem hasonlítanak egymásra, mégis egyetlen populációt találtunk, amely hasonlóan reagál ezekre a különböző élelmiszerekre”.

Az ételspecifikus populáció, amelyet a kutatók ventrális ételkomponensnek (VFC) neveznek, úgy tűnik, hogy az FFA két oldalán található két neuroncsoportban oszlik meg. Az a tény, hogy az élelmiszerspecifikus populációk más kategóriaspecifikus populációk között szóródnak szét, magyarázatot adhat arra, hogy miért nem látták őket korábban, állítják a kutatók.

„Az ételszelektivitást korábban nehezebb volt jellemezni, mert az ételre szelektív populációk keverednek a közeli populációkkal, amelyek más ingerjellemzőkre eltérő válaszokat adnak. Az fMRI alacsony térbeli felbontása miatt nem látjuk ezt a szelektivitást, mert a különböző neurális populációk válaszai keverednek egy voxelben” – magyarázza továbbá Khosla.

Kísérletezés élelmiszerekkel és nem élelmiszerekkel

Az egyik kísérletben olyan étel és nem étel tárgyak egymáshoz illeszkedő képeit mutatták a modellelnek, amelyek nagyon hasonlónak tűntek – például egy banánt és egy sárga félholdat.

„Ezek az egymásnak megfelelő ingerek nagyon hasonló vizuális tulajdonságokkal rendelkeznek, de a fő tulajdonság, amiben különböznek, az az ehető versus nem ehető” – folytatja Khosla. „Ezeket az önkényes ingereket át tudtuk táplálni a prediktív modellen, és megnézhettük, hogy az fMRI-adatok gyűjtése nélkül is jobban reagál-e az ételekre, mint a nem ételekre.”

A számítógépes modellt sokkal nagyobb, több millió képből álló adathalmazok elemzésére is használhatják. Ezek a szimulációk segítettek megerősíteni, hogy a VFC rendkívül szelektív az élelmiszer-képek esetében.

A 10 000 képből álló emberi agyi reakciókat tartalmazó kiterjedt nyilvános adatbázis elemzése alapján az eredmények számos további kérdést vetnek fel azzal kapcsolatban, hogy hogyan és miért alakul ki ez az idegi populáció. A kutatók a jövőbeni tanulmányokban azt szeretnék feltárni, hogy az emberek bizonyos ételekre adott válaszai hogyan különbözhetnek attól függően, hogy mennyire kedvelik vagy nem kedvelik azokat, vagy mennyire ismerik az egyes ételfajtákat. Azt is remélik, hogy tanulmányozni tudják, mikor és hogyan specializálódik ez a régió a korai gyermekkorban, és az agy milyen más részeivel kommunikál. Egy másik kérdés, hogy ez az ételszelektív populáció más állatoknál, például a majmoknál is megfigyelhető-e, amelyek nem tulajdonítanak olyan kulturális jelentőséget az ételeknek, mint az emberek.

Elizabeth Green / Food Ingredients First