Cada momento del día estamos rodeados de olores. Los olores pueden traer recuerdos, o rápidamente nos advierten que la comida se ha echado a perder. Pero, ¿cómo identifica nuestro cerebro tantos olores diferentes? Y con qué facilidad podemos desenredar los ingredientes de unmezcla de olores? En un nuevo estudio en ratones publicado hoy en ciencia , los científicos de Columbia han dado un paso importante para responder estas preguntas, y el secreto se encuentra dentro de la nariz.
"Desde la basura hasta la colonia, los aromas que encontramos todos los días se componen de cientos o incluso miles de olores individuales", dijo Stuart Firestein, PhD, profesor de ciencias biológicas de Columbia y coautor principal del estudio de hoy.la taza de café de la mañana puede contener más de 800 tipos diferentes de moléculas de olor. Aunque se ha trabajado mucho para comprender cómo la nariz y el cerebro trabajan juntos para identificar olores individuales, los científicos han luchado durante mucho tiempo para explicar cómo funciona este sistema cuando se mezclan varios oloresjuntos."
Utilizando un método de imagen 3D de vanguardia llamado microscopía SCAPE, el equipo de Columbia monitoreó cómo miles de células diferentes en la nariz de un ratón respondieron a diferentes olores y mezclas de esos olores. Descubrieron que la información que envía la narizpara el cerebro sobre una mezcla de aromas es más que solo la suma de sus partes.
Las células en la nariz que detectan olores tienen cada una una amplia gama de sensores o receptores diferentes; los humanos, por ejemplo, tienen hasta 400 tipos diferentes de estos receptores. Para un olor puro y único, solo las células cuyos receptoresson sensibles a que el olor se active, enviando un código al cerebro que puede identificar como ese olor. Pero para mezclas más complejas de olores, este código se volvería cada vez más complejo de interpretar.
Los investigadores esperaban ver que las células activadas por mezclas de olores serían equivalentes a sumar respuestas a olores individuales. De hecho, descubrieron que en algunos casos un olor puede realmente apagar la respuesta de una célula a otro olor en una mezcla; en otros casos, un primer olor podría amplificar la respuesta de una célula a un segundo olor.
Aunque a menudo percibimos que un olor domina a otro, anteriormente se suponía que este procesamiento ocurría en el cerebro. Estos resultados muestran que las señales que se envían al cerebro se moldean por estas interacciones dentro de la nariz.
Los datos del equipo desafiaron la visión tradicional de que el cerebro da sentido a una mezcla de aromas al descifrar todos los componentes individuales. Confirmó lo que los perfumistas han sabido desde hace mucho tiempo: combinar diferentes aromas puede crear una cierta experiencia por sí mismo, esencialmente volviéndoseun aroma completamente nuevo que puede proporcionar una experiencia completamente diferente.
"Nos entusiasmó descubrir que estos cambios en el código ocurrieron en la nariz, incluso antes de que las señales llegaran al cerebro", dijo Lu Xu, un candidato a doctorado en el laboratorio de Firestein y coautor del estudio de hoy ".Creemos que estos efectos podrían ayudarnos a detectar e identificar una gama mucho mayor de olores y mezclas que un simple código aditivo podría transmitir ".
Para revelar estos funcionamientos internos del sistema olfativo, los investigadores aprovecharon el poder de la microscopía SCAPE, una técnica desarrollada por Elizabeth Hillman, PhD, investigadora principal del Instituto Zuckerman y autora principal del presente ciencia papel. La microscopía SCAPE crea imágenes 3D de alta velocidad de tejidos vivos en tiempo real. Barre una hoja de luz en ángulo de un lado a otro para crear películas 3D de alta velocidad de células y tejidos vivos en acción.
Los laboratorios Firestein y Hillman personalizaron SCAPE para iluminar y ver los tejidos en las narices de los ratones. Los investigadores examinaron las células neuronales dentro de las narices de los animales que estaban marcadas con fluorescencia que destellaron bajo el microscopio cuando se activaron estas células. Luego expusieron eltejidos nasales de animales en una variedad de combinaciones de aromas diferentes: uno con un ramo de madera y el otro una mezcla de aromas de almendras, flores y cítricos.
"SCAPE nos permitió analizar simultáneamente la actividad en cualquiera de las decenas de miles de células individuales durante largos períodos de tiempo", dijo Wenze Li, PhD, científico investigador postdoctoral en el laboratorio de Hillman y coautor del artículo."Utilizando microscopios convencionales, solo pudimos obtener imágenes de unos pocos cientos de células en una capa delgada por un corto tiempo. SCAPE hizo posible obtener imágenes de muchas más células dentro de las estructuras nasales 3D intactas sin dañar el tejido. Esto nos permitió rastrear la respuesta de cada célulacon el tiempo a una larga serie de diferentes combinaciones de olores "
Para procesar la inmensa cantidad de datos recopilados, más de 300 gigabytes por muestra de tejido, el equipo tuvo que construir su propio poderoso servidor de procesamiento de datos y trabajó con algoritmos desarrollados por el Departamento de Estadística de Columbia y la Fundación Simons.
Durante casi veinte años, los expertos en aromas han sabido que ciertos olores pueden enmascarar o incluso mejorar otros. Con el estudio de hoy, los investigadores descubrieron un mecanismo potencial para este fenómeno.
"Nuestros resultados mostraron que las moléculas olfativas pueden activar y desactivar receptores, enmascarando otros olores no dominándolos, sino cambiando la forma en que las células responden a ellos", dijo el Dr. Hillman, profesor de ingeniería biomédica en la Columbia School ofIngeniería y ciencias aplicadas: "Estos hallazgos podrían ser muy útiles, por ejemplo, para hacer mejores ambientadores que bloqueen los olores no deseados".
"Estos resultados también son emocionantes porque no esperábamos que este tipo de receptor pudiera mejorarse o suprimirse de esta manera", agregó el Dr. Firestein. "Es muy importante poder cambiar la forma en que un receptor responde a una sustancia es muy importante".para el desarrollo de fármacos. Nuestros estudios en la nariz arrojan nueva luz sobre posibles formas de modular la respuesta de otros tipos de células que podrían estar involucradas en la enfermedad ".
"Este estudio fue un verdadero matrimonio de la experiencia de dos laboratorios diferentes, con tecnología de microscopía de última generación y análisis de datos grandes", agregó el Dr. Hillman, quien también es profesor de radiología en el Colegio Vagelos de Columbiade Médicos y Cirujanos. El Dr. Hillman atribuye fondos y aliento de la Iniciativa NIH BRAIN por hacer posible este trabajo paralelo de ciencia y tecnología "Descubrimos algo que era casi imposible de ver antes, porque teníamos una nueva forma de verlo".
Fuente de la historia :
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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