Oler el olor

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Nuevo estudio revela cómo el cerebro organiza información sobre olores

Oler el olor

Un campo de lavanda. Imagen: Getty Images.

El estreno de la película Scent of Mystery en 1960 marcó un evento singular en los anales del cine: el primer y último debut cinematográfico “en glorioso Smell-O-Vision”.  Oler el olor    Oler el olor    Oler el olor      Oler el olor    Oler el olor

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 teatros selectos fueron equipados con un dispositivo tipo Rube Goldberg que transportaba diferentes aromas directamente a los asientos.

Oler el olor
Los inventores de Smell-O-Vision muestran su máquina. Imagen: Wikimedia Commons.

El público y los críticos concluyeron rápidamente que la experiencia apestaba. Cargado de problemas técnicos, Smell-O-Vision fue criticado y se convirtió en una mordaza 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 de aroma digital.

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 aspectos sigue siendo opaco para los científicos.

Un estudio realizado por neurobiólogos en la Facultad de Medicina de Harvard ahora proporciona nuevas ideas sobre el misterio del olor. Reportando en Nature el 1 de julio, los investigadores describen por primera vez cómo se codifican las relaciones entre los diferentes olores en la corteza olfatoria, la región del cerebro responsable del procesamiento del olor.

Sandeep Robert Datta ,

Al entregar olores con estructuras moleculares cuidadosamente seleccionadas y analizar la actividad neuronal en ratones despiertos, el equipo demostró que las representaciones neuronales del olfato en la corteza cerebral reflejan similitudes químicas entre los olores, lo que permite que el cerebro clasifique los olores en categorías. Además, estas representaciones pueden ser re-cableadas por experiencias sensoriales.

Los hallazgos sugieren un mecanismo neurobiológico que puede explicar por qué los individuos tienen experiencias comunes pero altamente personalizadas con el olfato.

“Todos nosotros compartimos un marco de referencia común con los olores. Usted y yo pensamos que el limón y la lima huelen de manera similar y acordamos que huelen diferente a la pizza, pero hasta ahora, no sabíamos cómo el cerebro organiza ese tipo de información “, dijo el autor principal del estudio,

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 lo que es responsable, que es la química del olor, las señales sensoriales fundamentales del olfato”, dijo Datta.

 

Olor computacional

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 se produce el procesamiento inicial del olor. El bulbo olfativo transmite principalmente información a la corteza piriforme, la estructura principal de la corteza olfatoria, para un procesamiento más completo.

A diferencia de la luz o el sonido, los estímulos se controlan fácilmente mediante características de ajuste como la frecuencia y la longitud de onda, es difícil investigar cómo el cerebro construye representaciones neuronales de las pequeñas moléculas que transmiten el olor. A menudo, los cambios químicos sutiles, unos pocos átomos de carbono aquí o átomos de oxígeno allá, pueden conducir a diferencias significativas en la percepción del olor.

Datta, junto con el primer autor del estudio, Stan Pashkovski , investigador en neurobiología del HMS, y sus colegas abordaron este desafío al centrarse en la cuestión de cómo el cerebro identifica los olores relacionados pero distintos.

“El hecho de que todos pensemos que un limón y una lima huelen similar significa que su composición química debe de alguna manera evocar representaciones neuronales similares o relacionadas en nuestros cerebros”, dijo Datta.

Para investigar, los investigadores desarrollaron un enfoque para comparar cuantitativamente los olores químicos de forma análoga a cómo las diferencias en la longitud de onda, por ejemplo, pueden usarse para comparar cuantitativamente los colores de la luz.

Utilizaron el aprendizaje automático para observar miles de estructuras químicas que se sabe que tienen olores y analizaron miles de características diferentes para cada estructura, como el número de átomos, el peso molecular, las propiedades electroquímicas y más. Juntos, estos datos permitieron a los investigadores calcular sistemáticamente cuán similar o diferente era cualquier olor en relación con otro.

A partir de esta biblioteca, el equipo diseñó tres conjuntos de olores: un conjunto con alta diversidad; uno con diversidad intermedia, con olores divididos en grupos relacionados; y uno de baja diversidad, donde las estructuras variaban solo por incrementos incrementales en la longitud de la cadena de carbono.

Luego expusieron a los ratones a diversas combinaciones de olores de los diferentes conjuntos y utilizaron microscopía multifotónica para obtener imágenes de los patrones de actividad neural en la corteza piriforme y el bulbo olfatorio.

Predicción de olor

Los experimentos revelaron que las similitudes en la química del olor se reflejaban en similitudes en la actividad neuronal. Los olores relacionados produjeron patrones neuronales correlacionados tanto en la corteza piriforme como en el bulbo olfativo, medido por superposiciones en la actividad neuronal. Los olores débilmente relacionados, por el contrario, produjeron patrones de actividad débilmente relacionados.

En la corteza, los olores relacionados condujeron a patrones de actividad neural más fuertemente agrupados en comparación con los patrones en el bulbo olfativo. Esta observación se mantuvo en todos los ratones individuales. Las representaciones corticales de las relaciones de olor estaban tan bien correlacionadas que podían usarse para predecir la identidad de un olor prolongado 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 robusta como para predecir las respuestas corticales a un olor en un animal basándose en experimentos con un conjunto separado de olores en un animal diferente.

Los investigadores también encontraron que estas representaciones neuronales eran flexibles. Los ratones recibieron 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 la corteza para adaptarse se generó en parte por redes de neuronas que remodelan selectivamente las relaciones de olor. Cuando se bloqueó la actividad normal de estas redes, la corteza codificada huele más como el bulbo olfativo.

“Presentamos dos olores como si fueran de la misma fuente y observamos que el cerebro puede reorganizarse para reflejar experiencias olfativas pasivas”, dijo Datta.

Parte de la razón por la cual cosas como el limón y la lima huelen igual, agregó, es probable porque los animales de la misma especie tienen genomas similares y, por lo tanto, similitudes en la percepción del olor. Pero cada individuo tiene percepciones personalizadas también.

“La plasticidad de la corteza puede ayudar a explicar por qué el olor es, por un lado, invariable entre las personas y, sin embargo, se puede personalizar 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 entendidas, 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 nuevas ideas que informan los esfuerzos para comprender y potencialmente controlar el sentido del olfato, según los autores.

“Todavía no entendemos completamente cómo las químicas se traducen en percepción”, dijo Datta. “No hay ningún algoritmo informático o máquina que tome una estructura química y nos diga a qué huele ese químico”.

“Para construir realmente esa máquina y poder algún día crear un mundo olfativo virtual y controlable para una persona, necesitamos entender cómo el cerebro codifica la información sobre los olores”, dijo Datta. “Esperamos que nuestros hallazgos sean un paso más en ese camino”.

Otros autores del estudio incluyen a Giuliano Iurilli, David Brann, Daniel Chicharro, Kristen Drummey, Kevin Franks y Stefano Panzeri.

El estudio fue apoyado por la Fundación Vallee, los Institutos Nacionales de Salud (RO11DC016222, U19NS112953) y la Colaboración Simons en el Cerebro Global.

Texto original :  Sniffing Out Smell

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