Smaak is belangrijk voor fruitvliegen, net als voor mensen:net als mensen hebben de vliegen de neiging om zoet smakend voedsel te zoeken en te consumeren en voedsel dat bitter smaakt af te wijzen. Er is echter weinig bekend over hoe zoete en bittere smaken worden weergegeven door de hersencircuits die sensatie aan gedrag koppelen.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Current Biology , beschreven onderzoekers van Brown University hoe ze een nieuwe beeldvormingstechniek ontwikkelden en deze gebruikten om de neurale activiteit van fruitvliegjes in kaart te brengen als reactie op zoete en bittere smaken.

"Deze resultaten laten zien dat de manier waarop vliegenhersenen de smaak van voedsel coderen, complexer is dan we hadden verwacht", zei studieauteur Nathaniel Snell, die zijn Ph.D. in neurowetenschappen van Brown in 2021 en voerde het onderzoek uit als onderdeel van zijn proefschrift.

Net zo belangrijk als de bevindingen van de onderzoekers is de methode die ze gebruikten, zei Gilad Barnea, hoogleraar neurowetenschappen aan de Brown's Warren Alpert Medical School en directeur van het Center for the Neurobiology of Cells and Circuits aan het Carney Institute for Brain Science van de universiteit.

Om meer te weten te komen over de hersenprocessen die de reactie van vliegen op smaaksensaties bepalen, ontwikkelden Barnea, Snell en een groep afgestudeerde en niet-gegradueerde studenten in het laboratorium van Barnea een nieuwe beeldvormingstechniek genaamd 'trans-Tango (activiteit)'. Dit is een bewerking van trans-Tango, een veelzijdige technologie die is uitgevonden door het Barnea-lab en wordt gebruikt om neurale circuits in de hersenen te traceren. Barnea zei dat trans-Tango (activiteit) het begrip naar een nieuw niveau tilt door te onthullen hoe specifieke neuronen in de circuits reageren op stimuli.

De reactie van de hersenen op stimuli is als een relais, legde Barnea uit:de "stok" gaat van het ene neuron naar het volgende, en dan naar het volgende, enzovoort. Eerdere technieken konden een neuron identificeren met de stok, maar niet wie de stok aan dat neuron gaf.

"Trans-Tango (activiteit) stelde ons in staat om selectief naar de neuronen van de tweede orde in het circuit te kijken, zodat we ons konden concentreren op hoe ze reageerden op zoete en bittere smaken," zei Barnea.

Omdat de reactie op zoete en bittere smaken zo verschillend is, was de verwachting van de onderzoekers dat de neurale activiteit langs de circuits die die reacties bemiddelen, ook volledig verschillend zou zijn, zei hij. Maar trans-Tango(activiteit) onthulde al enige overlap van neurale activiteit in neuronen van de tweede orde in deze circuits als reactie op de twee smaken.

Barnea zei dat sommige resultaten kunnen laten zien hoe vliegen bijvoorbeeld een bepaald rot, giftig of anderszins slecht deel van een voedsel weten te vermijden. Over het algemeen zei hij dat de onderzoeksresultaten het belang van de verfijnde en verfijnde smaakprocessen onderstrepen.

"Je moet onthouden dat eten, of voeden, een activiteit is waarbij je - of je nu een vlieg of een mens bent - geen fouten mag maken," zei hij. "Als je iets slecht voor je consumeert, kan dat schadelijk zijn. Iedereen die ooit duur betaald heeft na het eten van een slechte mossel kan dit bevestigen. Dus het vermogen om te weten bepaalde voedingsmiddelen te vermijden, of zelfs bepaalde gebieden of delen van voedsel, is belangrijk voor het voortbestaan ​​van de soort."

Eén bevinding was vooral intrigerend voor Barnea, niet vanwege wat het zei over overleven, maar vanwege wat het mogelijk onthulde over plezier. De neuronen van de tweede orde reageerden niet alleen op bittere smaken wanneer de smaken werden gepresenteerd, maar ook wanneer ze werden verwijderd. Verrassend genoeg vonden Barnea en zijn collega's enige overlap in activiteit toen het bittere werd verwijderd en het zoete werd gepresenteerd.

Barnea zei dat dit hem deed denken aan het concept van 'aponia', wat in het oud-Grieks 'de afwezigheid van pijn' betekent, en door de epicurische filosofen werd beschouwd als het toppunt van plezier.

"The fact that we see a neuron that responds both to the removal of the 'bad' stimulus—bitter taste—and to the presentation of the 'good' stimulus—sweet taste—is biologically reminiscent of this philosophical concept," said Barnea, who added that future research will further explore this response.

As to why insects' sense of taste matters to humans, who may experience taste differently, Barnea referred to the insects who find humans to be particularly attractive:"Understanding what drives gustatory and olfactory behaviors in mosquitoes, for example, is very important in learning how to decrease their effect on humans," he said. "Our study may add one small piece to that large puzzle."

The study shows how a research question can provide impetus to develop a new scientific technique that can then be used to answer new research questions—and vice versa.

"We believe that trans-Tango(activity) can be a useful tool not only for studying how the sense of taste works, but for understanding neural circuits in general," Snell said. "Sensory neurons encode many different kinds of information about the world, and figuring out how this information is relayed, transformed or integrated as it travels from peripheral to deeper layers of a neural circuit is a central question in neuroscience. Trans-Tango(activity) is perfectly poised to be able to answer such questions."

It took Barnea more than 20 years to develop trans-Tango to the point where it could be used successfully in fruit flies, he said, yet only five years for the team to develop and publish trans-Tango(activity)—and additional adaptations are currently in the works.

"The more we use the technology, the better it gets, and the more we can learn from it, and the more questions we can apply it to," Barnea said. + Verder verkennen

Novel technology provides powerful new means for studying neural circuits