Como os cérebros dos mamíferos evoluíram para distinguir odores não é nada para
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Como os cérebros dos mamíferos evoluíram para distinguir odores não é nada para farejar

O estudo Salk encontra a relação das escalas de componentes de “circuito distribuído” entre as espécies

LA JOLLA - O mundo está cheio de milhões e milhões de cheiros distintos, mas como os cérebros dos mamíferos evoluíram para diferenciá-los é um mistério.

Agora, dois neurocientistas do Salk Institute e da UC San Diego descobriram que pelo menos seis tipos de mamíferos – de camundongos a gatos – distinguem odores aproximadamente da mesma maneira, usando circuitos no cérebro preservados evolutivamente entre as espécies.

“O estudo fornece informações sobre os princípios organizacionais que sustentam os circuitos cerebrais para o olfato em mamíferos que podem ser aplicados a outras partes do cérebro e outras espécies”, diz Carlos Stevens, distinto professor emérito do Laboratório de Neurobiologia de Salk e coautor da pesquisa publicada na edição de 18 de julho de 2019 da revista Current Biology.

Em resumo, o estudo revela que o tamanho de cada um dos três componentes da rede neural para escalas olfativas é aproximadamente o mesmo para cada espécie, começando com receptores no nariz que transmitem sinais para um aglomerado de neurônios na frente do cérebro chamado o bulbo olfativo que, por sua vez, retransmite os sinais para uma região de “funcionamento superior” para identificação de odores chamada córtex piriforme.

“Esses três estágios aumentam entre si, com a relação do número de neurônios em cada estágio igual entre as espécies”, diz Shyam Srinivasan, cientista assistente do projeto Kavli Institute for Brain and Mind da UC San Diego e coautor do artigo. “Então, se você me contasse o número de neurônios no nariz, eu poderia prever o número no córtex piriforme ou no bulbo.”

O estudo atual se baseia em pesquisas da mesma dupla, publicada em 2018, que descreveu como os cérebros dos camundongos processam e distinguem odores usando o que é conhecido como “circuitos distribuídos”. Ao contrário do sistema visual, por exemplo, onde a informação é transmitida de forma ordenada para partes específicas do córtex visual, os pesquisadores descobriram que o sistema olfativo em camundongos depende de uma combinação de conexões distribuídas pelo córtex piriforme.

Após esse artigo, Stevens e Srinivasan procuraram determinar se o circuito neural distribuído revelado em camundongos é semelhante em outros mamíferos. Para o trabalho atual, os pesquisadores analisaram cérebros de mamíferos de tamanhos e tipos variados. Seus cálculos, além de estudos anteriores nos últimos anos, foram usados ​​para estimar os volumes cerebrais. Stevens e Srinivasan usaram uma variedade de técnicas de microscopia que lhes permitem visualizar diferentes tipos de neurônios que formam sinapses (conexões) no circuito olfativo.

“Não conseguíamos contar todos os neurônios, então fizemos uma pesquisa”, diz Srinivasan. “A ideia é que você pegue amostras de diferentes áreas representadas, para que qualquer irregularidade seja detectada.”

O novo estudo revelou que o número médio de sinapses conectando cada unidade funcional do bulbo olfativo (um glomérulo) aos neurônios no córtex piriforme é invariável entre as espécies.

“Foi notável ver como eles foram conservados”, diz Stevens.

Especificamente, a identificação de odores individuais está ligada à força e combinação de disparos de neurônios no circuito que podem ser comparados à música de um piano, cujas notas surgem da pressão de múltiplas teclas para criar acordes, ou o arranjo de letras que formam o palavras nesta página.

“A discriminação de odores é baseada na taxa de disparo, o pulso elétrico que percorre o axônio do neurônio”, diz Srinivasan. “Um odor, digamos de café, pode provocar uma resposta lenta em um neurônio, enquanto o mesmo neurônio pode responder ao chocolate em um ritmo mais rápido.”

Este código usado para o olfato é diferente de outras partes do cérebro.

“Mostramos que os parâmetros de conectividade e a relação entre os diferentes estágios do circuito olfativo são conservados entre os mamíferos, sugerindo que a evolução usou o mesmo design para o circuito entre as espécies, mas apenas mudou o tamanho para se adequar ao nicho ambiental dos animais,” diz Stevens.

No futuro, Stevens planeja examinar outras regiões do cérebro em busca de outros circuitos distribuídos cuja função seja baseada em codificação semelhante encontrada neste estudo.

Srinivasan diz que se concentrará em como o ruído ou a variabilidade na codificação de odor determina o equilíbrio entre discriminação e aprendizado, explicando que a variabilidade que a dupla está encontrando em seu trabalho pode ser um mecanismo para distinguir odores, que pode ser aplicado para melhorar o aprendizado de máquina ou Sistemas de IA.

Esta pesquisa foi apoiada pelo Kavli Institute for Brain and Mind na UC San Diego e pela National Science Foundation (NSF-1444273). Teoria e modelagem foram realizadas com a ajuda de Jorge Aldana e Terrence Sejnowski do Salk's Computational Neurobiology Laboratory.

DOI: 10.1016 / j.cub.2019.06.046