Wanneer een geur een herinnering oproept nieuw onderzoek biedt aanwijzingen

Wanneer een geur een herinnering oproept: nieuw onderzoek biedt aanwijzingen over hoe de twee in de hersenen met elkaar verbonden zijn

wavebreakmedia/Shutterstock

In een aflevering van de populaire tv-serie Black Mirror, genaamd Crocodile, vraagt een onderzoeker een getuige om aan een fles bier te ruiken. Het doel is om haar geheugen op te frissen van een plaats delict (het misdrijf vond plaats in de buurt van een brouwerij).

Dit is misschien niet echt een standaardpraktijk, maar onze reukzin, of olfactie, staat bekend om zijn vermogen om herinneringen op te wekken. We kennen allemaal het gevoel. Een vleugje van een bepaalde geur kan je terugbrengen naar de keuken van je grootmoeder, de avond van je eerste dans, of de kust.

En denk aan “geurmarketing”, waarbij merkontwerpers “signatuurgeuren” aanbrengen, bijvoorbeeld in modewinkels en hotellobby’s, om de merkherkenning over de hele wereld te vergroten.

Neurowetenschappers die de reukzin bestuderen, vragen zich al lang af wat het verband is tussen onze reukzin en ons geheugen. Is dit verband tussen geheugen en reukzin een gevolg van de manier waarop de hersenen zijn bedraad? Een onlangs in het tijdschrift Nature gepubliceerde studie heeft belangrijke stappen gezet in de richting van een antwoord op deze al lang bestaande vraag.

Voor we naar de studie kijken, eerst wat achtergrondinformatie over hoe de hersenen onze reukzin faciliteren. Geurmoleculen worden in eerste instantie gedetecteerd door receptorneurcellen in de neus. De neuronen sturen informatie over deze ontmoetingen eerst naar de bulbus olfactorius, een hersenstructuur ongeveer zo groot als uw vingertop die zich boven de neusholte bevindt.

De bulbus olfactorius stuurt dan signalen naar een andere hersenstructuur, de piriform cortex. Men gelooft dat geurherkenning daar gebeurt – dat wil zeggen dat we de potentiële bron identificeren, zoals een appel, een banaan, of vers gemaaid gras.

Lees meer:
Zes merkwaardige feiten over geur

Wat de onderzoekers deden

Om te bestuderen hoe de hersenen olfactorische en ruimtelijke informatie combineren, lieten Cindy Poo en haar collega’s van het Champalimaud Centrum voor het Onbekende in Portugal zes ratten een navigatietaak uitvoeren.

De ratten moesten herhaaldelijk navigeren op een kruisvormige kaart met vier gangen, zoals te zien is in de video hieronder vanaf ongeveer de twee-en-een-halve minuut. Aan het begin van elke proef wees een lampje de rat naar een van de gangen, waar hij willekeurig werd blootgesteld aan een van de vier verschillende geuren (citrus, gras, banaan of azijn). De locatie van een water beloning was afhankelijk van welke geur de rat werd blootgesteld.

Bijvoorbeeld, de citrusgeur betekende dat de waterbeloning aan het einde van de zuidelijke gang was. Als de rat werd blootgesteld aan de citrusgeur in de oostelijke gang, zou hij naar het zuiden moeten reizen voor de beloning. Als hij de geur in eerste instantie in de zuidelijke gang kreeg, kon hij blijven zitten en de beloning krijgen. Het idee was dat met oefening, een bepaalde geur de rat de locatie van de beloning zou aangeven.

De omgeving van het doolhof was versierd met visuele herkenningspunten, zodat de ratten zich ook aan de hand van die herkenningspunten konden oriënteren. Het startpunt van de ratten was echter in elke proef anders. Als het startpunt vast was geweest, hadden ze theoretisch gewoon een reeks bochten kunnen onthouden om de juiste gang te vinden, en hadden ze helemaal geen ruimtelijk geheugen gebruikt. Dit betekende dat het succesvol afronden van de taak afhankelijk was van een combinatie van ruimtelijke navigatie en reukzin.

Na ongeveer drie weken training deden de ratten het vrij goed; zij waren in staat om de waterbeloning in ruwweg 70% van de trials te vinden. Dit wijst erop dat de ratten in staat waren om hun interne kaart van de omgeving te combineren met locaties van geuren om de beloning te lokaliseren.

Kijken naar neuron activiteit

Neuronen in de hippocampus, een deel van de hersenen dat betrokken is bij geheugen en navigatie, staan erom bekend dat ze functioneren als “plaatscellen”. Dit zijn cellen die actief worden op een specifieke plaats in een omgeving, waardoor we onze weg kunnen vinden. Soortgelijke cellen worden ook aangetroffen in een ander deel van de hersenen, de entorhinale cortex.

De meest opvallende bevinding van de nieuwe studie is dat dergelijke locatie-selectieve cellen niet alleen aanwezig zijn in de hippocampus en entorhinale cortex, maar ook in een hersengebied dat voornamelijk gekoppeld is aan olfactorische functie, namelijk de piriforme cortex, de plaats waarvan gedacht wordt dat deze primair verantwoordelijk is voor geurherkenning.

De onderzoekers in de studie volgden de elektrische activiteit van neuronen in dit gebied. Verrassend genoeg vonden zij dat slechts ongeveer 30% van de neuronen in dit gebied van de hersenen van de ratten reageerden op specifieke geuren. Nog eens 30% van de neuronen vuurde in reactie op zowel een bepaalde geur en locatie.

Lees meer:
De vreemde wetenschap van het geurgeheugen

De resterende 40% van de actieve neuronen reageerden helemaal niet op specifieke geuren, maar eerder op de locaties waar de ratten de geuren eerder hadden geroken. Deze locatie-selectieve neuronen zou zelfs beginnen te vuren wanneer de ratten waren nog maar net het invoeren van de gang, voor het tegenkomen van een geur.

De onderzoekers wilden vervolgens begrijpen of de hippocampus en de piriforme cortex met elkaar “praatten” terwijl de ratten de puzzel aan het oplossen waren. Zij ontdekten dat cellen in beide gebieden de neiging vertoonden synchroon te vuren terwijl de ratten door het doolhof navigeerden.

Dus wat zegt dit ons?

Deze resultaten tonen aan dat het olfactorische systeem een rol kan spelen bij ruimtelijke navigatie, en dat ruimtelijk geheugen en olfactorische informatie samenkomen in de piriforme cortex. Maar waarom zijn de hersenen geëvolueerd om locatie en geur in hetzelfde gebied weer te geven?

Het antwoord zou kunnen zijn dat geuren zeer nuttige aanwijzingen zijn om onze weg te vinden. Een dennenbos ruikt bijvoorbeeld anders dan een weiland, terwijl een vossenhol anders ruikt dan een rattennest. De regel geldt zelfs in door de mens gecreëerde omgevingen: een ondergronds spoorwegnet ruikt anders dan een supermarkt, een kantoor anders dan een restaurant.

Onze hersenen zijn dus misschien bekabeld om geuren te associëren met plaatsen omdat dit nuttig is geweest in ons evolutionaire verleden.

Deze studie werd uitgevoerd bij ratten, die voor hun navigatie meer vertrouwen op hun reukzin dan mensen, omdat onze waarneming wordt gedomineerd door het gezichtsvermogen. Maar deze bevindingen geven wel nieuwe inzichten over hoe reukzin en ruimtelijk geheugen waarschijnlijk met elkaar verbonden zijn in het menselijk brein.

The Conversation

Michael Schmuker ontvangt financiering van NSF/CIHR/DFG/FRQ/UKRI-MRC als lid van het Next Generation Networks for Neuroscience Program (NeuroNex), binnen het "Odor2Action" netwerk (NSF award nr. 2014217, MRC award nr. MR/T046759/1), en het EU-vlaggenschip Human Brain Project SGA3 (H2020 award nr. 945539).

Ubergeek Loves Coolblue

Zou je na het lezen van deze artikel een product willen aanschaffen?
Bezoek dan Coolblue en ontdek hun uitgebreide assortiment.