Conexões generalizadas entre neurônios ajudam o cérebro a distinguir cheiros

Conexões generalizadas entre neurônios ajudam o cérebro a distinguir cheiros

A organização – ou a falta dela – no córtex piriforme do cérebro nos permite diferenciar um cheiro do outro

LA JOLLA — Você consegue distinguir o cheiro de uma rosa do perfume de um lilás? Se assim for, você tem que agradecer ao córtex piriforme do seu cérebro. Comparado a muitas partes do cérebro, o córtex piriforme – que permite que animais e humanos processem informações sobre cheiros – parece uma confusão confusa de conexões entre células chamadas neurônios. Agora, os pesquisadores do Salk Institute iluminaram como a aleatoriedade do córtex piriforme é realmente crítica para a forma como o cérebro distingue entre odores semelhantes.

“O paradigma padrão é que a informação no cérebro é codificada por quais células estão ativas, mas isso não é verdade para o sistema olfativo”, diz Carlos Stevens, Distinguished Professor Emérito no Laboratório de Neurobiologia Molecular de Salk e co-autor do novo trabalho. “No sistema olfativo, não é uma questão de quais células estão ativas, mas como muitos as células estão ativas e quão ativas elas são.”

Além de entender melhor como os cheiros são processados, a nova pesquisa, publicada no Jornal de Neurologia Comparativa em 17 de julho de 2018, também pode levar a uma maior compreensão de como algumas partes do cérebro organizam as informações.

Quando as moléculas odoríferas - a assinatura de qualquer cheiro - se ligam aos receptores no nariz de uma pessoa, o sinal é transmitido ao bulbo olfativo e daí para o córtex piriforme. Em outros sistemas sensoriais – como o sistema visual – a informação mantém uma ordem estrita à medida que se move pelo cérebro. Partes específicas do olho, por exemplo, sempre transmitem informações para partes específicas do córtex visual. Mas os pesquisadores sabem há muito tempo que essa ordem está ausente no córtex piriforme.

“Não conseguimos discernir nenhuma ordem nas conexões do córtex piriforme em nenhuma espécie”, diz o coautor Shyam Srinivasan, cientista assistente do projeto no Kavli Institute for Brain and Mind da Universidade da Califórnia em San Diego. “Qualquer odor ilumina cerca de 10% dos neurônios que parecem estar espalhados por todo o córtex piriforme.”

Para começar a trabalhar os detalhes de como o córtex piriforme codifica informações de odor - e se suas conexões são realmente aleatórias - Stevens e Srinivasan analisaram os córtices piriformes de nove camundongos usando uma variedade de técnicas de coloração e microscopia que permitem visualizar diferentes tipos de células no região cerebral. Seu primeiro objetivo: quantificar o número e a densidade das células no córtex piriforme.

“Foi realmente como uma pesquisa”, explica Srinivasan. “Contamos as células em diferentes áreas representativas e calculamos a média delas em toda a região.”

O córtex piriforme do camundongo, eles concluíram, tem cerca de meio milhão de neurônios, divididos igualmente entre o piriforme posterior maior e menos denso e o piriforme anterior menor e mais denso.

Usando essas informações iniciais sobre densidade e número de neurônios, bem como o conhecimento de estudos anteriores sobre o número de neurônios no bulbo olfativo e quantas conexões neuronais – ou sinapses – conectam o bulbo olfativo ao córtex piriforme, a dupla de pesquisadores conseguiu para traçar uma descoberta surpreendente: cada neurônio no bulbo olfativo está conectado a quase todos os neurônios do córtex piriforme.

“Todas as células do piriforme recebem informações de praticamente todos os receptores de odores existentes”, diz Stevens. “Não há um neurônio de 'cheiro de café', mas um monte de neurônios de células de café por todo o lugar.” Em vez de um único receptor detectar um odor e iluminar um aglomerado de neurônios indicadores, explica ele, cada odor tem uma impressão digital baseada mais na força das conexões – enquanto o cheiro do café pode ativar quase os mesmos neurônios no córtex piriforme. como o cheiro de chocolate, eles ativam cada neurônio em um grau diferente.

“Uma vantagem desse sistema é que ele pode codificar informações muito complexas”, diz Srinivasan. “Também o torna muito robusto ao ruído.” Se um neurônio envia um sinal “ruidoso” – ativação mais forte ou mais fraca do que deveria – o ruído é cancelado pelos muitos outros neurônios que enviam sinais simultâneos e mais precisos.

Os pesquisadores gostariam de repetir o trabalho em outros animais para ver onde estão as semelhanças e diferenças. Eles também estão interessados ​​em examinar outras áreas do cérebro que há muito se supõe serem dominadas por conexões aparentemente aleatórias para ver se elas estão organizadas da mesma maneira.

Stevens e Srinivasan, que também publicaram um artigo no Journal of Neuroscience em 13 de julho sobre o uso do circuito de aprendizado olfativo da mosca da fruta para melhorar a safra atual de algoritmos de aprendizado profundo, foram financiados pelo Kavli Institute for Brain and Mind na UC San Diego e pela National Science Foundation.