En un nuevo estudio, los científicos de Columbia descubrieron por qué el sistema olfativo del cerebro es tan notablemente consistente entre los individuos, a pesar de que el cableado de las células cerebrales en esta región difiere mucho de una persona a otra. Para dar sentido a esta aparente paradoja, los investigadoresdesarrolló un modelo computacional que muestra que dos cerebros no necesitan haber olido previamente el mismo conjunto exacto de olores para acordar un nuevo conjunto de olores. En cambio, dos cerebros sabrán asociar nuevos olores similares entre sí como dos diferentesflores siempre que ambos cerebros hayan experimentado incluso la más mínima superposición de olores durante sus vidas.
Este trabajo fue publicado la semana pasada en neurona .
"Muchas de las células cerebrales, o neuronas, en nuestro sistema olfativo están conectadas aparentemente al azar, lo que significa que las neuronas que se activan cuando huelo una rosa son diferentes a las suyas. Entonces, ¿por qué los dos estamos de acuerdo con certeza sobre lo que '¿Está oliendo? ", dijo el autor principal del artículo, Larry Abbott, PhD, neurocientífico computacional e investigador principal del Instituto Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute de Columbia." Al crear este modelo, pudimos detectar, por primera vez, los patrones que subyacenactividad aparentemente aleatoria, que revela una consistencia matemática de cómo nuestros cerebros están identificando olores ".
El viaje que lleva un olor desde la nariz hasta el cerebro es laberíntico. Cuando un olor entra en la cavidad nasal, las proteínas especializadas llamadas receptores olfativos envían información sobre ese olor a un lugar designado en el cerebro llamado bulbo olfatorio. En una serie deestudios pioneros en la década de 1990, Richard Axel, MD, codirector del Instituto Zuckerman de Columbia y coautor del nuevo neurona el artículo descubrió los más de 1,000 genes que codifican estos receptores olfativos. Este trabajo, que se realizó junto con su colega Linda B. Buck, PhD, les valió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2004.
El artículo de hoy se centra en cómo la información sale del bulbo olfativo y es interpretada por una región del cerebro llamada corteza piriforme. Se cree que la corteza piriforme es una estructura crucial para procesar los olores. Debido a que no hay dos olores de olor idénticos, el cerebrodebe hacer asociaciones entre olores que sean similares. Este proceso, llamado generalización, es lo que ayuda al cerebro a interpretar olores similares.
"La generalización es crítica porque te permite tomar el recuerdo de un aroma anterior, como el café, y conectarlo con el olor del café que estás oliendo actualmente, para guiarte mientras tropiezas en la cocina por la mañana", dijo Evan Schaffer, PhD, investigador postdoctoral en el laboratorio Axel y primer autor del artículo.
Sin embargo, a medida que los científicos han investigado el concepto de generalización, han quedado perplejos por dos paradojas sobre la corteza piriforme. Primero, la actividad neuronal en la corteza piriforme parecía aleatoria, sin lógica ni organización aparente, por lo que los investigadores no pudieron vincularpatrón particular de actividad neuronal a una clase de aromas.
Y en segundo lugar, la corteza piriforme en sí misma parecía demasiado grande. "Los científicos podían deducir la necesidad de solo alrededor de 50,000 de las aproximadamente un millón de neuronas de la corteza piriforme en el cerebro humano", dijo el Dr. Schaffer. "Dado lo energéticamente caras que son las neuronas, esto planteó la pregunta: ¿Por qué hay tantas neuronas en esta parte del cerebro? "
Los investigadores desarrollaron un modelo matemático que ofrecía una resolución a ambas paradojas: dos cerebros podrían estar de acuerdo en una clase de olores es decir, flores fragantes versus basura maloliente si la actividad neuronal provenía de un grupo de neuronas lo suficientemente grande.
La idea es similar al crowdsourcing, en el que diferentes personas analizan una parte de una pregunta compleja. Ese análisis se agrupa en un centro central.
"Esto es análogo a lo que está sucediendo en la corteza piriforme", dijo el Dr. Schaffer. "Los diferentes patrones de actividad neuronal generados por estas un millón de neuronas, aunque incompletos por sí mismos, cuando se combinan dan una imagen completa de lo queel cerebro huele "
Al probar este modelo en los datos recopilados de los cerebros de las moscas de la fruta, el equipo demostró además que esta actividad neuronal ayuda a dos cerebros a ponerse de acuerdo sobre los olores comunes, incluso con una experiencia común limitada.
Los científicos han argumentado durante mucho tiempo que dos cerebros deben compartir un punto de referencia común, como que cada uno haya olido previamente una rosa, para identificar el mismo aroma. Pero este modelo sugiere que el punto de referencia puede ser cualquier cosa: la memoria delEl aroma de una rosa puede ayudar a dos personas a ponerse de acuerdo sobre el olor del café.
"Incluso la más mínima experiencia común parece realinear los cerebros, de modo que si bien mi actividad neuronal es diferente a la suya, la asociación que hacemos entre dos olores relacionados, como las flores, es similar para los dos,"dijo el Dr. Schaffer.
Este modelo, si bien da una idea de una paradoja de percepción desde hace mucho tiempo, destaca una elegancia subyacente en el sistema olfativo: a pesar de contener diferentes neuronas, recuerdos y experiencias, dos cerebros aún pueden llegar a un acuerdo.
"Usted y yo no necesitamos haber olido todo tipo de olores en el mundo para llegar a un acuerdo sobre lo que estamos oliendo", dijo el Dr. Schaffer. "Mientras tengamos un poco de experiencia común,eso es suficiente."
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Materiales proporcionado por El Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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