Las conexiones generalizadas entre las neuronas ayudan al cerebro a distinguir los olores

Las conexiones generalizadas entre las neuronas ayudan al cerebro a distinguir los olores

La organización, o la falta de ella, en la corteza piriforme del cerebro nos permite diferenciar un olor de otro.

LA JOLLA—¿Puedes distinguir el olor de una rosa del aroma de una lila? Si es así, tienes que agradecer a la corteza piriforme de tu cerebro. En comparación con muchas partes del cerebro, la corteza piriforme, que permite que los animales y los humanos procesen la información sobre los olores, parece un revoltijo desordenado de conexiones entre células llamadas neuronas. Ahora, los investigadores del Instituto Salk han aclarado cómo la aleatoriedad de la corteza piriforme es realmente crítica para la forma en que el cerebro distingue entre olores similares.

"El paradigma estándar es que la información en el cerebro está codificada por las células que están activas, pero eso no es cierto para el sistema olfativo", dice charles stevens, Distinguido Profesor Emérito del Laboratorio de Neurobiología Molecular de Salk y coautor del nuevo trabajo. “En el sistema olfativo, resulta que no se trata de qué células están activas, sino de cómo muchos las células están activas y qué tan activas son”.

Además de comprender mejor cómo se procesan los olores, la nueva investigación, publicada en la Revista de Neurología Comparativa el 17 de julio de 2018, también podría conducir a una mayor comprensión de cómo algunas partes del cerebro organizan la información.

Cuando las moléculas odorantes, la firma de cualquier olor dado, se unen a los receptores en la nariz de una persona, la señal se transmite al bulbo olfatorio y de allí a la corteza piriforme. En otros sistemas sensoriales, como el sistema visual, la información mantiene un orden estricto a medida que se mueve por el cerebro. Partes particulares del ojo, por ejemplo, siempre transmiten información a partes específicas de la corteza visual. Pero los investigadores saben desde hace tiempo que este orden falta en la corteza piriforme.

"No hemos podido discernir ningún orden en las conexiones de la corteza piriforme en ninguna especie", dice el coautor Shyam Srinivasan, científico asistente del proyecto en el Instituto Kavli para el Cerebro y la Mente de la Universidad de California en San Diego. "Cualquier olor dado enciende alrededor del 10 por ciento de las neuronas que parecen estar dispersas por toda la corteza piriforme".

Para comenzar a trabajar en los detalles de cómo la corteza piriforme codifica la información del olor, y si sus conexiones son realmente aleatorias, Stevens y Srinivasan analizaron las cortezas piriformes de nueve ratones usando una variedad de técnicas de tinción y microscopía que les permitieron visualizar diferentes tipos de células en el región cerebral. Su primer objetivo: cuantificar el número y la densidad de células en la corteza piriforme.

“Esto fue realmente como una encuesta”, explica Srinivasan. "Contamos las células en diferentes áreas representativas y las promediamos en toda la región".

La corteza piriforme del ratón, concluyeron, tiene alrededor de medio millón de neuronas, divididas por igual entre el piriforme posterior más grande y menos denso y el piriforme anterior más pequeño y denso.

Usando esta información inicial sobre la densidad y el número de neuronas, así como el conocimiento de estudios previos sobre el número de neuronas en el bulbo olfativo y cuántas conexiones neuronales, o sinapsis, conectan el bulbo olfativo a la corteza piriforme, la pareja de investigadores pudo para dibujar un hallazgo sorprendente: cada neurona en el bulbo olfativo está conectada a casi todas las neuronas en la corteza piriforme.

“Cada célula del piriforme recibe información de prácticamente todos los receptores de olores que existen”, dice Stevens. "No hay una neurona del 'olor a café', sino un montón de neuronas de células de café por todas partes". En lugar de que un solo receptor detecte un olor e ilumine un grupo de neuronas reveladoras, explica, cada olor tiene una huella digital que se basa más en la fuerza de las conexiones, mientras que el olor a café puede activar casi las mismas neuronas en la corteza piriforme. como el olor a chocolate, activarán cada neurona en diferente grado.

“Una ventaja de este sistema es que puede codificar información muy compleja”, dice Srinivasan. “También lo hace muy resistente al ruido”. Si una neurona envía una señal "ruidosa" (activación más fuerte o más débil de lo que debería), el ruido es cancelado por muchas otras neuronas que envían señales simultáneas y más precisas.

A los investigadores les gustaría repetir el trabajo en otros animales para ver dónde se encuentran las similitudes y las diferencias. También están interesados ​​en investigar otras áreas del cerebro que durante mucho tiempo se supuso que estaban dominadas por conexiones aparentemente aleatorias para ver si estaban organizadas de la misma manera.

Stevens y Srinivasan, que también publicaron un artículo en el Journal of Neuroscience el 13 de julio sobre el uso del circuito de aprendizaje olfativo de la mosca de la fruta para mejorar la cosecha actual de algoritmos de aprendizaje profundo, fueron financiados por el Instituto Kavli para el Cerebro y la Mente en UC San Diego y la Fundación Nacional de Ciencias.