Comprender cómo un aporte sensorial se convierte en una experiencia, cómo las moléculas liberadas por una flor en flor, por ejemplo, se convierten en la experiencia interna de oler una rosa, ha sido durante milenios una cuestión central de filosofía.
En tiempos más recientes, también ha sido una pregunta para los científicos. Una forma de abordarlo es entender los procesos físicos cerebrales detrás de las experiencias sensoriales. Históricamente, los científicos han propuesto diferentes formas de describir lo que está sucediendo postulando que cierto conjuntode las neuronas deben dispararse; una cierta secuencia de disparo que debe ocurrir; o una combinación de los dos.
Pero según un equipo de investigación de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Washington en St. Louis, estas descripciones no explican la variabilidad del mundo real. Los olores no ocurren en el vacío. El equipo quería encontraraveriguar qué sucedió cuando la información sensorial se presentó en secuencias, más similar a lo que sucede en el mundo real.
Se convirtieron en langostas.
En un documento programado para publicación en Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores descubrieron que en las langostas, solo un subconjunto de neuronas asociadas con un olor particular se dispararía cuando ese olor se presentara en un entorno dinámico que incluyera otros aromas. Aunque no había una relación uno a uno entre un patrón deneuronas activadas y un olor específico, los investigadores pudieron determinar cómo las langostas aún podían reconocer un olor; todo se reduce a que la langosta sea flexible en su interpretación.
"Hay variabilidad debido al historial de estímulo", dijo Barani Raman, profesor asociado de ingeniería biomédica, "por lo que la flexibilidad es necesaria para compensar".
Para los experimentos, el equipo de ingenieros de la Universidad de Washington, que incluía a Raman, los asistentes de investigación graduados Srinath Nizampatnam y Rishabh Chandak, y Debajit Saha, investigador postdoctoral, primero tuvieron que entrenar a las langostas de la misma manera que uno podría entrenar a un perro, a saber, el perro de Pavlov. Una máquina administró una bocanada del aroma objetivo, hexanol, a las langostas hambrientas, luego recompensó las langostas con una golosina: hierba. Después de suficientes rondas generalmente seis, las langostas abrirían palpos - órganos pequeñosfuera de sus bocas que funcionan de manera similar a los labios o lenguas en los humanos, después de que olieron hexanol, en previsión de la hierba.
Una vez que las langostas fueron entrenadas, comenzaron las pruebas. Las langostas fueron expuestas al olor "objetivo", el hexanol por sí solo o después de la introducción de un olor diferente, llamado "distractor".
Cada vez que el olor del objetivo se introdujo por sí solo, la actividad neuronal de una langosta fue la misma. Pero cuando las langostas se expusieron a un olor distractor primero, se dispararon diferentes combinaciones de neuronas cuando las langostas se expusieron posteriormente al objetivo.
Esta es la variabilidad basada en el contexto. Lo que se ha olido previamente e incluso estados cerebrales no relacionados, como el hambre puede afectar la forma en que un cerebro reacciona a la misma entrada. Sin embargo, si ese fuera el final, los olores rara vez, si alguna vez, ser reconocible.
Imagine entrar a una cafetería y comprar una galleta de chispas de chocolate recién horneada. Al llevársela a la boca, inhala y huele ese reconfortante olor a galleta de chispas de chocolate. Al día siguiente, se dirige a una tienda de té. Otro lote delas galletas recién horneadas dicen su nombre. Si la variabilidad inducida por la exposición previa al té o café solo determina cómo se procesan los olores, el aroma de la galleta de la tienda de té, flotando en su nariz después de un fuerte Earl Grey, no podría oler igual.como sucedió después de que oliscaste Sumatra en la cafetería.
Pero al igual que los humanos reconocen el olor de una galleta con chispas de chocolate en cualquiera de los entornos, las langostas reconocieron el objetivo, a pesar de que sus neuronas se dispararon de diferentes maneras, como lo demuestran sus palmadas, que se abrieron según susacondicionamiento.
Así que la historia tenía que haber más que variabilidad a la hora de reconocer los olores. El equipo quería saber si había un patrón, o una forma de discernir, a través de la actividad cerebral, cómo las langostas olían el olor del objetivo a pesar deLa variabilidad en la actividad cerebral.
Resultó que hay una manera. "Las reglas son muy simples", dijo Raman. "Una operación lógica de OR de AND fue suficiente para compensar la variabilidad y permitir una decodificación flexible".
Piense en una silla "ideal": tiene cuatro patas, un asiento, dos apoyabrazos y respaldo. Si solo reconociera una silla con todos estos atributos y solo estos, se perdería muchos de estosbuenas sillas: las que se encuentran en un pedestal, las que no tienen apoyabrazos, etc. Para poder generalizar, se necesita cierta flexibilidad en lo que se reconoce como una silla. Una manera simple es permitir que cualquier objeto que tenga dos o tres delas cuatro características generalmente asociadas con la silla, si están presentes, para ser reconocidas como una silla.
La operación lógica OR-de-AND para reconocer la silla podría ser [cuatro patas Y asiento] O [asiento y respaldo]. De la misma manera, las langostas muestran un patrón fijo de actividad cerebral al oler el odorante objetivo solo, perosolo una combinación flexible que involucra solo algunas de esas mismas neuronas se disparará al oler el objetivo después de oler, por ejemplo, una manzana.
qué subconjunto de neuronas que disparan depende, en gran parte, del olor del distractor; las neuronas que se activan solo por el objetivo continuarán disparando, pero las que son comunes tanto al distractor como al objetivo o bienno se activará o su actividad se reducirá.
De esta manera, se mejora la singularidad de la respuesta neuronal al odorante objetivo. Al igual que el perfume después de una bocanada de café, si el odorante objetivo compartía pocas neuronas con el distractor, la conversación cruzada entre los olores era menor y la historia /el contexto se restablece.
En el futuro, el equipo planea ver si sus resultados se mantienen en otro organismo: la mosca de la fruta. Los investigadores también investigarán cómo otras fuentes de variabilidad, como la memoria a corto plazo, pueden afectar la forma en que se perciben los olores., otro organismo de interés: los humanos.
La principal inspiración para esta investigación fue el uso de granos de café para limpiar el palé olfativo, por así decirlo, en las perfumerías.
"Allí, utilizamos granos de café para mejorar la forma en que huele el próximo perfume", dijo Raman. "No podemos decir con certeza si así es exactamente cómo otros sistemas olfativos realizan el mismo cálculo, pero esperamos algunos de los principios computacionalesrevelado por nuestro estudio como general "
El financiamiento para esta investigación fue proporcionado por la Oficina de Investigación Naval, subvención # N00014-16-1-2426, y la National Science Foundation, subvención # 1453022.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Original escrito por Brandie Jefferson. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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