Un nuevo estudio revela cómo el cerebro organiza la información sobre los olores
Crédito: Petr Kratochvil/dominio público
El estreno de la película Scent of Mystery en 1960 marcó un evento singular en los anales del cine: el primer y último movimiento debut cinematográfico «en el glorioso Smell-O-Vision». Con la esperanza de sorprender a los cinéfilos con una experiencia olfativa dinámica junto con los espectáculos familiares de la vista y el sonido, los cines seleccionados se equiparon con un dispositivo al estilo de Rube Goldberg que canaliza diferentes aromas directamente a los asientos.
El público y los críticos rápidamente concluyeron que la experiencia fue mala. Lleno de problemas técnicos, Smell-O-Vision fue criticado y se convirtió en un chiste recurrente que ocupa un lugar único en la historia del entretenimiento. Sin embargo, el fracaso de Smell-O-Vision no logró disuadir a los empresarios de seguir persiguiendo el sueño de ofrecer olores a los consumidores, particularmente en los últimos años, a través de tecnologías digitales de fragancias.
Tales esfuerzos han generado titulares de noticias. pero escaso éxito, debido en parte a una comprensión limitada de cómo el cerebro traduce la química del olor en percepciones del olfato, un fenómeno que en muchos sentidos sigue siendo opaco para los científicos.
Un estudio realizado por neurobiólogos de la Escuela de Medicina de Harvard proporciona ahora nuevos penetraciones en el misterio del olor. En un informe publicado en Nature el 1 de julio, los investigadores describen por primera vez cómo se codifican las relaciones entre diferentes olores en la corteza olfativa, la región del cerebro responsable del procesamiento del olor.
Al proporcionar olores con estructuras moleculares cuidadosamente seleccionadas y analizando la actividad neuronal en ratones despiertos, el equipo demostró que las representaciones neuronales del olor en la corteza reflejan similitudes químicas entre los olores, lo que permite que el cerebro coloque los olores en categorías. Además, estas representaciones pueden ser reconfiguradas por experiencias sensoriales.
Los hallazgos sugieren un mecanismo neurobiológico que puede explicar por qué las personas tienen experiencias comunes pero altamente personalizadas con el olfato.
«Todos nosotros compartimos un marco de referencia común con los olores. Tanto usted como yo pensamos que el limón y la lima huelen de forma similar y estamos de acuerdo en que huelen diferente a la pizza, pero hasta ahora, no sabíamos cómo organiza el cerebro ese tipo de información», dijo el autor principal del estudio. Sandeep Robert Datta, profesor asociado de neurobiología en el Instituto Blavatnik en HMS.
Los resultados abren nuevas vías de estudio para comprender mejor cómo el cerebro transforma la información sobre la química del olor en la percepción del olfato.
«Esta es la primera demostración de cómo la corteza olfativa codifica información sobre aquello de lo que es responsable, que es la química del olor, las señales sensoriales fundamentales del olfato», dijo Datta.
Cálculo del olor
El sentido del olfato permite a los animales identificar la naturaleza química del mundo que los rodea. Las neuronas sensoriales en la nariz detectan moléculas de olor y transmiten señales al bulbo olfativo, una estructura en el cerebro anterior donde ocurre el procesamiento inicial del olor. El bulbo olfativo transmite principalmente información a la corteza piriforme, la estructura principal de la corteza olfativa, para un procesamiento más completo.
A diferencia de la luz o el sonido, los estímulos se controlan fácilmente mediante el ajuste de características como la frecuencia y la longitud de onda. difícil sondear cómo el cerebro construye representaciones neuronales de las pequeñas moléculas que transmiten el olor. A menudo, los cambios químicos sutiles, algunos átomos de carbono aquí o átomos de oxígeno allá, pueden conducir a diferencias significativas en la percepción del olfato.
Datta, junto con el primer autor del estudio, Stan Pashkovski, investigador en neurobiología en HMS, y sus colegas abordaron este desafío. centrándose en la cuestión de cómo el cerebro identifica olores relacionados pero distintos.
«El hecho de que todos pensemos que un limón y una lima huelen de manera similar significa que su composición química debe evocar de alguna manera representaciones neuronales similares o relacionadas en nuestro cerebros», dijo Datta.
Para investigar, los investigadores desarrollaron un enfoque para comparar cuantitativamente las sustancias químicas del olor análogas a cómo las diferencias en la longitud de onda, por ejemplo, se pueden usar para comparar cuantitativamente los colores de la luz.
Usaron el aprendizaje automático para observar miles de estructuras químicas conocidas por tener olores y analizaron miles de características diferentes para cada estructura, como la cantidad de átomos, el peso molecular, las propiedades electroquímicas y más. Juntos, estos datos permitieron a los investigadores calcular sistemáticamente qué tan similar o diferente era un olor en relación con otro.
A partir de esta biblioteca, el equipo diseñó tres conjuntos de olores: un conjunto con una gran diversidad; uno con diversidad intermedia, con olores divididos en grupos relacionados; y uno de baja diversidad, donde las estructuras variaban solo por aumentos incrementales en la longitud de la cadena de carbono.
Luego expusieron a los ratones a varias combinaciones de olores de los diferentes conjuntos y usaron microscopía multifotónica para obtener imágenes de patrones de actividad neuronal en la corteza piriforme y el bulbo olfativo.
Predicción del olor
Los experimentos revelaron que las similitudes en la química del olor se reflejaban en las similitudes en la actividad neuronal. Los olores relacionados produjeron patrones neuronales correlacionados tanto en la corteza piriforme como en el bulbo olfatorio, medidos por superposiciones en la actividad neuronal. Los olores débilmente relacionados, por el contrario, producían patrones de actividad débilmente relacionados.
En la corteza, los olores relacionados conducían a patrones de actividad neuronal agrupados más fuertemente en comparación con los patrones en el bulbo olfativo. Esta observación fue cierta en ratones individuales. Las representaciones corticales de las relaciones de los olores estaban tan bien correlacionadas que podían usarse para predecir la identidad de un olor persistente en un ratón en función de las mediciones realizadas en un ratón diferente.
Análisis adicionales identificaron una variedad diversa de características químicas, como el peso molecular y ciertas propiedades electroquímicas, que estaban vinculadas a patrones de actividad neuronal. La información obtenida de estas características fue lo suficientemente sólida como para predecir las respuestas corticales a un olor en un animal en base a experimentos con un conjunto separado de olores en un animal diferente.
Los investigadores también encontraron que estas representaciones neuronales eran flexibles. A los ratones se les dio repetidamente una mezcla de dos olores y, con el tiempo, los patrones neuronales correspondientes de estos olores en la corteza se correlacionaron más fuertemente. Esto ocurrió incluso cuando los dos olores tenían estructuras químicas diferentes.
La capacidad de adaptación de la corteza fue generada en parte por redes de neuronas que remodelan selectivamente las relaciones entre olores. Cuando se bloqueó la actividad normal de estas redes, la corteza codificó olores más parecidos al bulbo olfativo.
«Presentamos dos olores como si fueran de la misma fuente y observamos que el cerebro puede reorganizarse para reflejan experiencias olfativas pasivas», dijo Datta.
Parte de la razón por la que cosas como el limón y la lima huelen igual, añadió, probablemente se deba a que los animales de la misma especie tienen genomas similares y, por lo tanto, similitudes en la percepción del olfato. Pero cada individuo también tiene percepciones personalizadas.
«La plasticidad de la corteza puede ayudar a explicar por qué el olfato es, por un lado, invariable entre los individuos y, sin embargo, personalizable según nuestras experiencias únicas», dijo Datta.
Juntos, los resultados del estudio demuestran por primera vez cómo el cerebro codifica las relaciones entre los olores. En comparación con las cortezas visuales y auditivas relativamente bien conocidas, todavía no está claro cómo la corteza olfativa convierte la información sobre la química del olor en la percepción del olfato.
Identificar cómo la corteza olfativa mapea olores similares ahora proporciona nuevos ideas que informan los esfuerzos para comprender y potencialmente controlar el sentido del olfato, según los autores.
«Todavía no entendemos completamente cómo la química se traduce en percepción», dijo Datta. «No existe un algoritmo informático o una máquina que tome una estructura química y nos diga cómo olerá esa sustancia química».
«Para realmente construir esa máquina y poder algún día crear un mundo olfativo virtual controlable para una persona, necesitamos entender cómo el cerebro codifica la información sobre los olores», dijo Datta. «Esperamos que nuestros hallazgos sean un paso en ese camino».
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Los científicos decodifican cómo el cerebro percibe el olor Más información: Stan L. Pashkovski et al, Estructura y flexibilidad en las representaciones corticales del espacio del olor, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2451-1 Información de la revista: Nature
Proporcionado por la Escuela de Medicina de Harvard Cita: Nuevo estudio revela cómo el cerebro organiza la información sobre los olores (2 de julio de 2020) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-reveals-brain-odors.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.