Ob der Kaffeeduft am Morgen, die feine Meeresbrise im letzten Urlaub, die Rosen in Omas Garten oder das im Kühlschrank vergessene, übel riechende Mittagsgericht von vor drei Tagen: Tagein, tagaus sind wir von Gerüchen umgeben. Sie können Erinnerungen wecken oder uns auch vor Gefahren – etwa verdorbenem Essen – warnen. Doch wie erkennt unser Gehirn so viele verschiedene Gerüche und wie leicht kann der Mensch die Inhaltsstoffe einer Geruchsmischung entwirren? Diesen Fragen sind Forscher des Zuckerman Institute der Columbia University nachgegangen. Das Geheimnis liegt direkt in der Nase, wie sie im Fachblatt "Science" berichten. Bisher wurde angenommen, dass die Verarbeitung der Gerüche im Gehirn stattfindet.

"Die morgendliche Tasse Kaffee kann mehr als 800 verschiedene Arten von Geruchsmolekülen enthalten. Obwohl viel Arbeit geleistet wurde, um zu verstehen, wie Nase und Gehirn zusammenarbeiten, um einzelne Gerüche zu identifizieren, haben Wissenschafter lange versucht, zu erklären, wie dieses System bei mehreren Gerüchen funktioniert, die miteinander vermischt sind", sagt der Biowissenschafter Stuart Firestein.

Ein komplexer Code

Mithilfe einer modernen 3D-Bildgebungsmethode namens Scape-Mikroskopie hat das Columbia-Team bei Mäusen überwacht, wie tausende verschiedene Zellen in der Nase auf verschiedene Gerüche und Mischungen reagierten. Dabei fanden sie heraus, dass die Informationen, die die Nase über eine Mischung von Düften an das Gehirn sendet, mehr als nur die Summe ihrer Teile sind.

Die geruchserkennenden Zellen in der Nase haben jeweils einen von vielen verschiedenen Sensoren oder Rezeptoren. Menschen besitzen bis zu 400 verschiedene Arten davon. Für einen einzelnen Geruch werden nur jene Zellen aktiv, deren Rezeptoren für diesen empfindlich sind und senden einen Code an das Gehirn, den es als diesen Geruch identifizieren kann. Bei Mischungen würde die Interpretation dieses Codes jedoch immer komplexer, erklärt der Forscher.

Die Signale, die an das Gehirn gesendet werden, werden durch Wechselwirkungen in der Nase geformt. So kann ein Geruch in einigen Fällen die Reaktion einer Zelle auf einen anderen Geruch in einer Mischung ausschalten. Andererseits kann ein erster Geruch die Reaktion einer Zelle auf einen zweiten auch verstärken. Bisher war man davon ausgegangen, dass diese Verarbeitung erst im Gehirn stattfindet.
Die Daten stellen die traditionelle Ansicht in Frage, dass das Gehirn eine Mischung von Düften erkennt, indem alle einzelnen Komponenten herausgefunden werden. Sie bestätigen nun, was Parfümeure schon lange wissen: Das Kombinieren verschiedener Düfte kann ein bestimmtes Erlebnis für sich schaffen und im Wesentlichen zu einem völlig neuen Duft werden, der ein ganz anderes Erlebnis bieten kann.

Maskieren und verstärken

Mittels der Scape-Mikroskopie lassen sich in Echtzeit 3D-Hochgeschwindigkeitsbilder von lebenden Geweben und Zellen erstellen. Die Forscher untersuchten neuronale Zellen in den Nasen der Mäuse, die mit Fluoreszenz markiert waren und bei Aktivierung unter dem Mikroskop aufblitzten. So konnte die Aktivität in zehntausenden von Einzelzellen über lange Zeiträume gleichzeitig analysiert werden.
Seit fast 20 Jahren wissen Duftexperten, dass bestimmte Gerüche andere maskieren oder sogar verstärken können. Mit dieser Studie haben die Forscher nun einen möglichen Mechanismus für dieses Phänomen entdeckt.