El estreno de la película Scent of Mystery en 1960 marcó un evento singular en los anales del cine: el primer y último debut cinematográfico "en Smell-O-Vision glorioso". Esperando sorprender a los cinéfilos con una experiencia olfativa dinámicaJunto con los espectáculos familiares de la vista y el sonido, teatros selectos fueron equipados con un dispositivo tipo Rube Goldberg que canalizaba diferentes aromas directamente a los asientos.
El público y los críticos concluyeron rápidamente que la experiencia apestaba. Cargada de problemas técnicos, Smell-O-Vision fue criticada y se convirtió en una mordaza que ocupa un lugar único en la historia del entretenimiento. Sin embargo, el fracaso de Smell-O-Vision fallópara disuadir a los empresarios de seguir persiguiendo el sueño de entregar olores a los consumidores, particularmente en los últimos años, a través de tecnologías de aroma digital.
Tales esfuerzos han generado titulares de noticias pero escaso éxito, debido en parte a una comprensión limitada de cómo el cerebro traduce la química del olor en percepciones del olfato, un fenómeno que en muchos aspectos sigue siendo opaco para los científicos.
Un estudio realizado por neurobiólogos en la Facultad de Medicina de Harvard ahora proporciona nuevas ideas sobre el misterio del olor. Informar Naturaleza el 1 de julio, los investigadores describen por primera vez cómo se codifican las relaciones entre los diferentes olores en la corteza olfatoria, la región del cerebro responsable del procesamiento del olor.
Al proporcionar olores con estructuras moleculares cuidadosamente seleccionadas y analizar la actividad neuronal en ratones despiertos, el equipo demostró que las representaciones neuronales del olfato en la corteza cerebral reflejan similitudes químicas entre los olores, lo que permite que el cerebro clasifique los olores en categorías.Las representaciones pueden ser reconectadas por experiencias sensoriales.
Los hallazgos sugieren un mecanismo neurobiológico que puede explicar por qué los individuos tienen experiencias comunes pero altamente personalizadas con el olfato.
"Todos compartimos un marco de referencia común con los olores. Usted y yo pensamos que el limón y la lima huelen de forma similar y acordamos que huelen diferente a la pizza, pero hasta ahora, no sabíamos cómo organiza el cerebro ese tipo deinformación ", dijo el autor principal del estudio, Sandeep Robert Datta, profesor asociado de neurobiología en el Instituto Blavatnik del HMS.
Los resultados abren nuevas vías de estudio para comprender mejor cómo el cerebro transforma la información sobre la química del olor en la percepción del olfato.
"Esta es la primera demostración de cómo la corteza olfativa codifica información sobre lo que es responsable, que es la química del olor, las señales sensoriales fundamentales del olfato", dijo Datta.
olor informático
El sentido del olfato permite a los animales identificar la naturaleza química del mundo que los rodea. Las neuronas sensoriales en la nariz detectan moléculas de olor y transmiten señales al bulbo olfatorio, una estructura en el cerebro anterior donde se produce el procesamiento inicial del olor. El bulbo olfatorio principalmentetransmite información a la corteza piriforme, la estructura principal de la corteza olfatoria, para un procesamiento más completo.
A diferencia de la luz o el sonido, los estímulos se controlan fácilmente mediante características de ajuste como la frecuencia y la longitud de onda, es difícil investigar cómo el cerebro construye representaciones neuronales de las moléculas pequeñas que transmiten olor. A menudo, sutiles cambios químicos, algunos átomos de carbono aquío átomos de oxígeno allí, pueden conducir a diferencias significativas en la percepción del olor.
Datta, junto con el primer autor del estudio, Stan Pashkovski, investigador en neurobiología del HMS, y sus colegas abordaron este desafío al centrarse en la cuestión de cómo el cerebro identifica los olores relacionados pero distintos.
"El hecho de que todos pensemos que un limón y una lima huelen de manera similar significa que su composición química debe de alguna manera evocar representaciones neuronales similares o relacionadas en nuestros cerebros", dijo Datta.
Para investigar, los investigadores desarrollaron un enfoque para comparar cuantitativamente los olores químicos análogos a cómo las diferencias en la longitud de onda, por ejemplo, se pueden usar para comparar cuantitativamente los colores de la luz.
Utilizaron el aprendizaje automático para observar miles de estructuras químicas que tienen olores y analizaron miles de características diferentes para cada estructura, como el número de átomos, el peso molecular, las propiedades electroquímicas y más. Juntos, estos datos permitieron a los investigadoresCalcule sistemáticamente qué tan similar o diferente era cualquier olor en relación con otro.
De esta biblioteca, el equipo diseñó tres conjuntos de olores: un conjunto con alta diversidad; uno con diversidad intermedia, con olores divididos en grupos relacionados; y uno de baja diversidad, donde las estructuras variaban solo por incrementos incrementales en la longitud de la cadena de carbono.
Luego expusieron a los ratones a varias combinaciones de olores de los diferentes conjuntos y usaron microscopía multifotónica para obtener imágenes de los patrones de actividad neural en la corteza piriforme y el bulbo olfatorio.
predicción de olor
Los experimentos revelaron que las similitudes en la química del olor se reflejaban en similitudes en la actividad neuronal. Los olores relacionados producían patrones neuronales correlacionados tanto en la corteza piriforme como en el bulbo olfatorio, medidos por superposiciones en la actividad neuronal. Los olores débilmente relacionados, por el contrario, producían débilmentepatrones de actividad relacionados.
En la corteza, los olores relacionados condujeron a patrones de actividad neural más fuertemente agrupados en comparación con los patrones en el bulbo olfatorio. Esta observación se mantuvo a través de ratones individuales. Las representaciones corticales de las relaciones de olor estaban tan bien correlacionadas que podían usarse para predecirla identidad de un olor prolongado en un mouse basado en mediciones realizadas en un mouse diferente.
Los análisis adicionales identificaron una variedad diversa de características químicas, como el peso molecular y ciertas propiedades electroquímicas, que estaban vinculadas a patrones de actividad neuronal. La información obtenida de estas características era lo suficientemente robusta como para predecir las respuestas corticales a un olor en un animal basándose enexperimenta con un conjunto separado de olores en un animal diferente.
Los investigadores también encontraron que estas representaciones neuronales eran flexibles. A los ratones se les dio repetidamente una mezcla de dos olores, y con el tiempo, los patrones neuronales correspondientes de estos olores en la corteza se correlacionaron más fuertemente. Esto ocurrió incluso cuando los dos olores teníanestructuras químicas diferentes.
La capacidad de la corteza para adaptarse se generó en parte por redes de neuronas que remodelan selectivamente las relaciones de olor. Cuando se bloqueó la actividad normal de estas redes, la corteza codificó olores más parecidos al bulbo olfatorio.
"Presentamos dos olores como si fueran de la misma fuente y observamos que el cerebro puede reorganizarse para reflejar experiencias olfativas pasivas", dijo Datta.
Parte de la razón por la cual cosas como el limón y la lima huelen igual, agregó, es probable porque los animales de la misma especie tienen genomas similares y, por lo tanto, similitudes en la percepción del olor. Pero cada individuo también tiene percepciones personalizadas.
"La plasticidad de la corteza puede ayudar a explicar por qué el olor es, por un lado, invariable entre los individuos y, sin embargo, personalizable según nuestras experiencias únicas", dijo Datta
Juntos, los resultados del estudio demuestran por primera vez cómo el cerebro codifica las relaciones entre los olores. En comparación con las cortezas visuales y auditivas relativamente bien entendidas, todavía no está claro cómo la corteza olfativa convierte la información sobre la química del olor enpercepción del olfato
Identificar cómo la corteza olfativa mapea olores similares ahora proporciona nuevas ideas que informan los esfuerzos para comprender y potencialmente controlar el sentido del olfato, según los autores.
"Todavía no entendemos completamente cómo se traducen las químicas a la percepción", dijo Datta. "No hay algoritmo informático o máquina que tome una estructura química y nos diga a qué huele esa sustancia química".
"Para construir realmente esa máquina y poder algún día crear un mundo olfativo virtual y controlable para una persona, necesitamos entender cómo el cerebro codifica la información sobre los olores", dijo Datta. "Esperamos que nuestros hallazgos sean un paso hacia abajo".ese camino "
Los autores adicionales del estudio incluyen a Giuliano Iurilli, David Brann, Daniel Chicharro, Kristen Drummey, Kevin Franks y Stefano Panzeri.
El estudio fue apoyado por la Fundación Vallee, los Institutos Nacionales de Salud RO11DC016222, U19NS112953 y la Colaboración Simons en el Cerebro Global.
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