Глутаматергические проекционные нейроны в базальном переднем мозге лежат в основе усвоенных оценочных ассоциаций обоняния

Как мозг учится любить или не любить запах

Повседневный опыт — например желание почувствовать запах кофе или отвращение к протухшему молоку — опирается на способность мозга приписывать запахам эмоциональную значимость. В этом исследовании изучается, как глубокая область мозга, называемая базальным передним мозгом, помогает мышам усваивать, предвещает ли запах что‑то приятное, например богатую пищу, или неприятное, например слабый удар током. Понимание этого процесса может прояснить, как нейтральные ощущения превращаются в сильную мотивацию, определяющую поведение.

Узел, связывающий ощущения и мотивацию

Базальный передний мозг известен своей ролью в бодрствовании, внимании и обучении, преимущественно за счёт клеток, использующих ацетилхолин. Но в этой области также есть глутаматергические проекционные нейроны — клетки, посылающие быстрые возбуждающие сигналы во многие другие участки мозга, вовлечённые в вознаграждение, наказание и принятие решений. Исследователи сосредоточились на подразделе, называемом горизонтальным пучком диагональной полосы, который получает информацию об обонянии и посылает сигналы обратно в обонятельные области. Они задали вопрос, помогает ли именно эта группа глутаматергических нейронов превращать простые сигналы запаха в усвоенные «хорошие» или «плохие» значения, влияющие на поведение.

Сначала нейтральные запахи не выделяются

Используя крошечные линзы и миниатюрный микроскоп, закреплённый на голове мышей, команда записывала активность отдельных нейронов базального переднего мозга при подаче нейтральных запахов. Они обнаружили, что многие из этих нейронов реагировали на предъявление запахов, но их реакции были широкими и перекрывающимися: одиночные нейроны часто реагировали на несколько разных запахов, а многие вообще не реагировали. Когда исследователи с помощью компьютерных моделей пытались «прочитать», какой именно запах был подан, по совокупной активности всех записанных нейронов, декодирование не было лучше случайного. То же самое наблюдалось даже для запахов, врожденно неприятных для мышей. Иными словами, в исходном состоянии эти клетки не давали чёткого сигнала о том, какой это запах и является ли он по природе привлекательным или отталкивающим.

Обучение превращает запахи в значимые сигналы

Картинка резко изменилась, когда запахи были ассоциированы со значимыми исходами. Учёные обучили мышей так, чтобы один ранее нейтральный запах предвещал доступ к высокожировой пище, а другой — короткий электрический шок. Третий запах остался неассоциированным, а четвёртый просто повторяли для вызова простого привыкания. С точки зрения поведения мыши научились искать запах, связанный с едой, и избегать запаха, связанного с шоком. В базальном переднем мозге реакции на как вознаграждённый, так и наказанный запахи усилились, и дополняющие нейроны, ранее молчавшие, стали активными. Анализы на уровне популяции показали, что паттерны активности для кондиционированных запахов разошлись друг от друга и от контрольных, а модели декодирования теперь уверенно различали усвоенные запахи. Нейроны особенно надёжно реагировали на запах, связанный с шоком, что указывает на то, что особенно значимые негативные переживания оставляют сильный след в этой цепи.

Подавление или возбуждение нейронов меняет то, чему учатся мыши

Чтобы проверить, требуются ли эти нейроны для обучения на основе запахов, команда использовала химогенетические инструменты для временного снижения их активности во время задачи на различение запахов. Мыши по‑прежнему умели ощущать и различать запахи в простых тестах, но при обучении тому, какой из двух новых запахов предсказывает водную награду, мыши с подавленными глутаматергическими нейронами базального переднего мозга учились медленнее и в целом показывали худшую производительность. В отдельных экспериментах исследователи использовали светочувствительные белки для искусственной активации или подавления этих нейронов именно в момент предъявления нейтрального запаха. Сопряжение запаха с активацией заставляло мышей позже избегать этого запаха, а сопряжение запаха с подавлением вызывало у мышей предпочтение его. Проще говоря, сдвиг активности этой популяции клеток в момент обоняния был достаточен, чтобы придать нейтральному аромату негативное или позитивное значение.

Почему это важно для повседневного опыта и болезней

Эта работа показывает, что конкретная группа клеток в базальном переднем мозге изначально не маркирует запахи как хорошие или плохие, но в результате опыта начинает кодировать их усвоенную эмоциональную ценность. Усиливая и перестраивая свои ответы после тренинга, эти нейроны помогают преобразовывать простую сенсорную информацию в мотивационные сигналы, которые определяют приближение или избегание. Поскольку та же цепочка взаимодействует с областями мозга, участвующими в вознаграждении, настроении и стрессе, эти результаты могут помочь объяснить, как определённые сигналы — например запах любимой еды или напоминание о плохом событии — получают сильное влияние на поведение, а также указать потенциальные мишени для лечения состояний, в которых такие приписывания ценности идут наперекосяк, например при зависимости, тревоге или депрессии.

Цитирование: Chin, PS., Ding, Z., Kochukov, M. et al. Glutamatergic projection neurons in the basal forebrain underlie learned olfactory associational valence assignments. Nat Commun 17, 1608 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68313-7

Ключевые слова: обонятельное обучение, базальный передний мозг, нейронное кодирование валентности, мотивированное поведение, глутаматергические нейроны