Cómo evolucionaron los cerebros de los mamíferos para distinguir los olores no es nada del otro mundo.
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Cómo evolucionaron los cerebros de los mamíferos para distinguir los olores no es nada para olfatear

El estudio de Salk encuentra la relación de las escalas de los componentes del "circuito distribuido" entre las especies

LA JOLLA—El mundo está lleno de millones y millones de olores distintos, pero cómo evolucionaron los cerebros de los mamíferos para distinguirlos es un misterio.

Ahora, dos neurocientíficos del Instituto Salk y la UC San Diego han descubierto que al menos seis tipos de mamíferos, desde ratones hasta gatos, distinguen los olores más o menos de la misma manera, utilizando circuitos en el cerebro que se conservan evolutivamente en todas las especies.

"El estudio arroja información sobre los principios organizativos que sustentan los circuitos cerebrales para el olfato en los mamíferos que pueden aplicarse a otras partes del cerebro y otras especies", dice. charles stevens, distinguido profesor emérito del Laboratorio de Neurobiología de Salk y coautor de la investigación publicada en la edición del 18 de julio de 2019 de Current Biology.

En resumen, el estudio revela que el tamaño de cada uno de los tres componentes de la red neuronal para el olfato escala aproximadamente igual para cada especie, comenzando con los receptores en la nariz que transmiten señales a un grupo de neuronas en la parte frontal del cerebro llamado el bulbo olfativo que, a su vez, transmite las señales a una región de "funcionamiento superior" para la identificación de olores llamada corteza piriforme.

"Estas tres etapas se escalan entre sí, con la relación del número de neuronas en cada etapa igual en todas las especies", dice Shyam Srinivasan, científico asistente del proyecto del Instituto Kavli para el Cerebro y la Mente de UC San Diego, y coautor del artículo. “Entonces, si me dijeras el número de neuronas en la nariz, podría predecir el número en la corteza piriforme o el bulbo”.

El estudio actual se basa en la investigación del mismo dúo, publicado en 2018, que describió cómo los cerebros de los ratones procesan y distinguen los olores utilizando lo que se conoce como "circuitos distribuidos". A diferencia del sistema visual, por ejemplo, donde la información se transmite de manera ordenada a partes específicas de la corteza visual, los investigadores descubrieron que el sistema olfativo de los ratones se basa en una combinación de conexiones distribuidas por la corteza piriforme.

Después de ese artículo, Stevens y Srinivasan intentaron determinar si el circuito neuronal distribuido revelado en ratones es similar en otros mamíferos. Para el trabajo actual, los investigadores analizaron cerebros de mamíferos de diferentes tamaños y tipos. Sus cálculos, además de estudios previos de los últimos años, se utilizaron para estimar los volúmenes cerebrales. Stevens y Srinivasan usaron una variedad de técnicas de microscopía que les permitieron visualizar diferentes tipos de neuronas que forman sinapsis (conexiones) en el circuito olfativo.

“No pudimos contar cada neurona, así que hicimos una encuesta”, dice Srinivasan. “La idea es que tomes muestras de diferentes áreas representadas, así se detecta cualquier irregularidad”.

El nuevo estudio reveló que el número promedio de sinapsis que conectan cada unidad funcional del bulbo olfatorio (un glomérulo) con las neuronas en la corteza piriforme es invariable entre especies.

"Fue notable ver cómo se conservaron", dice Stevens.

Específicamente, la identificación de olores individuales está ligada a la fuerza y ​​combinación de las neuronas que disparan en el circuito que puede compararse con la música de un piano, cuyas notas surgen de la depresión de múltiples teclas para crear acordes, o la disposición de las letras que forman el palabras en esta página.

“La discriminación de olores se basa en la velocidad de disparo, el pulso eléctrico que viaja por el axón de la neurona”, dice Srinivasan. “Un olor, digamos a café, puede provocar una respuesta lenta en una neurona, mientras que la misma neurona puede responder al chocolate a un ritmo más rápido”.

Este código utilizado para el olfato es diferente al de otras partes del cerebro.

"Mostramos que los parámetros de conectividad y la relación entre las diferentes etapas del circuito olfativo se conservan en los mamíferos, lo que sugiere que la evolución ha usado el mismo diseño para el circuito en todas las especies, pero solo cambió el tamaño para adaptarse al nicho ambiental de los animales". dice Stevens.

En el futuro, Stevens planea examinar otras regiones del cerebro en busca de otros circuitos distribuidos cuya función se base en una codificación similar encontrada en este estudio.

Srinivasan dice que se centrará en cómo el ruido o la variabilidad en la codificación de olores determina el equilibrio entre la discriminación y el aprendizaje, explicando que la variabilidad que el dúo está encontrando en su trabajo podría ser un mecanismo para distinguir olores, que podría aplicarse para mejorar el aprendizaje automático o sistemas de IA.

Esta investigación fue apoyada por el Instituto Kavli para el Cerebro y la Mente en UC San Diego y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF-1444273). La teoría y el modelado se realizaron con la asistencia de Jorge Aldana y Terrence Sejnowski del Laboratorio de Neurobiología Computacional de Salk.

DOI: 10.1016 / j.cub.2019.06.046