Los olores sintéticos creados al activar las células cerebrales ayudan a los neurocientíficos a comprender cómo funciona el olfato

Una imagen simplificada del cerebro de un ratón, mirando hacia abajo desde arriba. El bulbo olfatorio (izquierda) se encuentra en la parte frontal del cerebro y recibe conexiones de las células receptoras de la nariz. Crédito: Database Center for Life Science/Wikimedia Commons, CC BY

Cuando experimentas algo con tus sentidos, evoca patrones complejos de actividad en tu cerebro. Un objetivo importante de la neurociencia es descifrar cómo estos patrones neuronales impulsan la experiencia sensorial.

Por ejemplo, ¿el olor a chocolate puede representarse por una sola célula cerebral, grupos de células disparando todas al mismo tiempo o células disparando en una sinfonía precisa? Las respuestas a estas preguntas conducirán a una comprensión más amplia de cómo nuestros cerebros representan el mundo externo. También tienen implicaciones para el tratamiento de trastornos en los que el cerebro falla en la representación del mundo externo: por ejemplo, en la pérdida de la vista del olfato.

Para entender cómo el cerebro impulsa la experiencia sensorial, mis colegas y yo nos enfocamos en el sentido del olfato en ratones. Controlamos directamente la actividad neuronal de un ratón, generando «olores sintéticos» en la parte olfativa de su cerebro para aprender más sobre cómo funciona el sentido del olfato.

Nuestros últimos experimentos descubrieron que los olores están representados por patrones específicos de actividad en el cerebro. Al igual que las notas de una melodía, las células se disparan en una secuencia única con un tiempo particular para representar la sensación de oler un olor único.

Aromas producidos por proyecciones de luz

Usando ratones para estudiar El olfato es atractivo para los investigadores porque se han mapeado los circuitos cerebrales relevantes y las herramientas modernas nos permiten manipular directamente estas conexiones cerebrales.

Los ratones que usamos están diseñados genéticamente para que podamos activar células cerebrales individuales simplemente con brillando luz de longitudes de onda específicas sobre ellos una técnica conocida como optogenética. Los primeros usos de la optogenética involucraron luz entregada a través de fibras ópticas implantadas, lo que permitió a los investigadores controlar parches gruesos de células cerebrales. Los usos más recientes de la optogenética permiten un control más sofisticado de patrones precisos de actividad cerebral.

En lugar de recibir señales sensoriales de la nariz, el bulbo olfativo se activaba mediante proyecciones de luz. Crédito: Edmund Chong, CC BY-ND

Para nuestro estudio, proyectamos patrones de luz sobre la superficie del cerebro, apuntando a una región conocida como el bulbo olfativo. Investigaciones anteriores han encontrado que cuando los ratones huelen diferentes olores, las células en el bulbo olfativo parecen activarse en una especie de sinfonía modelada, con un patrón único formado en respuesta a cada olor distinto.

Cuando encendimos patrones de luz en el bulbo olfativo de un ratón, generó patrones correspondientes de actividad celular. Llamamos a estos patrones «olores sintéticos». A diferencia de un patrón de actividad desencadenado por un ratón que huele un olor real, activamos directamente la actividad neuronal de un «olor sintético» con nuestras proyecciones de luz.

Luego, entrenamos a cada ratón individual para que reconociera un olor aleatorio. olor sintético generado. Como no pueden describirnos con palabras lo que perciben, recompensamos a cada ratón con agua si lamía un chorro de agua cada vez que detectaba el olor asignado. Durante semanas de entrenamiento, los ratones aprendieron a lamer cuando se activaba su olor asignado y a no lamer otros olores sintéticos generados al azar.

No podemos decir con seguridad que estos olores sintéticos correspondan a ningún olor conocido en el mundo, ni sabemos a qué huelen los ratones. Pero calibramos nuestros patrones sintéticos para que se parezcan en gran medida a los patrones del bulbo olfativo observados cuando hay olores reales presentes. Además, los ratones aprenden a discriminar los olores sintéticos tan rápido como lo hacían con los olores reales.

Ajustando el patrón de un olor sintético

Una vez que cada ratón aprendió a reconocer su olor sintético asignado, midió cuánto lamían aún cuando modificamos el olor asignado. Dentro de cada patrón sintético, alteramos qué celdas se activaron o cuándo se activaron.

Imagine tomar una canción familiar, cambiar notas individuales en la canción y preguntar si aún reconoce la canción después de cada cambio. Al probar muchos cambios diferentes, uno puede finalmente entender qué composición precisa de notas es esencial para la identidad de la canción y qué ajustes son lo suficientemente extremos como para hacer que la canción sea irreconocible.

Vea una animación de cómo funcionan estas secuencias en el cerebro.

Del mismo modo, al medir cómo los ratones cambiaban su forma de lamer a medida que modificábamos sus patrones de luz proyectados, pudimos comprender qué combinaciones de células dentro del patrón eran importantes para identificar el olor sintético.

La combinación precisa de células activadas fue crucial. Pero igual de importante fue cuando se activaron en una secuencia ordenada, similar a las notas cronometradas en una melodía. Por ejemplo, cambiar el orden de las células en la secuencia haría que el olor fuera irreconocible.

Resultó que las células activadas antes en la secuencia eran más importantes para el reconocimiento; cambiar las secuencias más adelante en el patrón parecía tener efectos insignificantes. efectos.

Los cambios en el reconocimiento fueron graduados, y no drásticos: cuando cambiamos pequeñas partes del patrón, el olor no se volvió completamente irreconocible. De hecho, el grado en que se reconoció el olor fue proporcional al grado de cambio en el patrón. Esto implica que si modifico ligeramente la actividad cerebral que representa una naranja, seguirás oliendo algo similar, tal vez reconociéndolo como cítrico o afrutado.

Entonces, aunque el cerebro tiene una gran capacidad para almacenar muchos olores diferentes en secuencias cronometradas de actividad celular, aún puede reconocer olores similares por la similitud en sus patrones: el olor del café todavía es claramente reconocible incluso con un toque de vainilla agregado.

El próximo paso en esta investigación es llevar el enfoque sintético a los olores reales. Para hacerlo, necesitaríamos registrar la actividad cerebral en respuesta a un olor real y luego reactivar las mismas células usando optogenética. La recreación sintética de objetos reales en el cerebro es el enfoque actual de la investigación en varios laboratorios, incluido el nuestro.

Abordar este tema es emocionante porque abre posibilidades no solo para comprender cómo funciona el cerebro, sino también para también para desarrollar implantes cerebrales que algún día puedan restaurar la pérdida de experiencias sensoriales.

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Los científicos decodifican cómo el cerebro percibe el olor Proporcionado por The Conversation Cita: Los olores sintéticos creados al activar las células cerebrales ayudan a los neurocientíficos a comprender cómo funciona el olor (8 de julio de 2020) consultado el 31 Agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-synthetic-odors-brain-cells-neuroscientists.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.