Группа исследователей из Московского физико-технического института и Нижегородского госуниверситета имени Лобачевского создала первую в мире многоуровневую модель вкусового рецептора. Открытие имеет важную ценность для будущего создания электронных устройств, «чувствующие» вкусы как человек. Результаты исследования опубликованы в журнале Brain Sciences.
Потеря вкусовых ощущений часто связана с проблемами в работе нервной системы. Во время пандемии COVID-19 многие люди заметили, что перестали чувствовать вкус пищи. У большинства это состояние было временным, но у некоторых вкус изменился необратимо, и любимые продукты стали неприятными на вкус. По данным исследований, пандемия привела к длительной потере вкуса и обоняния у более чем 15 млн человек, и у части из них эти чувства не вернулись в полном объеме.
Несмотря на достижения современной медицины, причины нарушения вкуса и обоняния до сих пор не до конца понятны, а значит, и эффективного лечения пока не существует, так как механизмы работы этих чувств изучены не полностью.
Ученые разработали сложную компьютерную модель, которая имитирует всю систему восприятия вкуса — от языка до мозга. Эта модель позволяет быстро и с небольшими затратами энергии отследить, как мозг распознает различные вкусы, анализируя нервные сигналы. В основе новой модели лежат четыре основных типа вкусовых рецепторов, отвечающих за восприятие сладкого, горького, соленого и кислого.
Модель может помочь изучить механизмы потери вкуса. Это цифровая среда, где можно исследовать любой участок и посмотреть, где возникает ошибка и как она влияет на формирование нейронных паттернов
Восприятие сладкого и горького вкуса основано на сложных химических процессах внутри клеток, которые ученые смоделировали с помощью уравнения Хилла. А для соленого и кислого вкуса, где ключевую роль играют ионы, использовалось уравнение Гольдмана-Ходжкина-Каца, описывающее, как эти ионы перемещаются через клеточные мембраны.
Компьютерная модель была обучена решать две задачи. Во-первых, она научилась определять, насколько приятен тот или иной вкус, исходя из оптимальной концентрации каждого компонента: например, для сладкого это 15 тыс. единиц, а для соленого — 100. Во-вторых, модель научилась различать, состоит ли вкус из одного компонента или представляет собой смесь разных вкусов.
В будущем ученые хотят расширить модель, включив в нее обоняние, чтобы понять, как формируется полноценное вкусовое восприятие. Они также планируют сделать модель более сложной, добавив в нее элементы, имитирующие тормозные процессы в нервной системе и более детально проработав химические реакции внутри вкусовых клеток.
Рассматриваемая компьютерная модель может стать основой для создания новых, экономичных датчиков вкуса, которые будут использоваться в пищевой промышленности для быстрого анализа продуктов. В медицине она поможет разобраться в причинах проблем с вкусом при болезнях и понять, как мозг обрабатывает вкусовую информацию.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, как эффективность препаратов для похудения связали с полом.
