El cerebro es capaz de identificar un olor a pesar de la presencia de otros aromas en el ambiente porque tiene neuronas que se encienden cuando llega la sensación olfativa, y otras que se apagan para que no se sientan otros olores. Se descubrió en langostas, pero lo mismo podría ocurrir en cerebros más complejos.
El mecanismo del olfato tiene una aritmética sorprendentemente simple, según han descubierto investigadores de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis.
Al analizar el cerebro de ciertas langostas, descubrieron que agregando o quitando neuronas, se podía oler o dejar de oler un aroma.
Sabemos, por ejemplo, que el café siempre huele a café, ya sea en casa o en una cafetería, ya sea que lo acompañemos con un bollo o una tostada.
Lo que nunca se ha descubierto es cómo el cerebro procesa la información olfativa independientemente de los factores ambientales, pero los autores de esta investigación descubrieron que se trata de un mecanismo cerebral muy simple.
El autor principal de esta investigación, Barani Raman, y su equipo han trabajado con langostas durante años, examinando sus cerebros y comportamientos relacionados con el olfato con el objetivo de diseñar langostas que huelan como bombas.
cerebros simples
Al hacerlo, han logrado avances sustanciales en la comprensión de los mecanismos involucrados en el sentido del olfato de las langostas, cuyo cerebro solo tiene alrededor de 100.000 neuronas.
Para comprender cómo una langosta siempre puede reconocer olores independientemente del contexto, siguieron el ejemplo de Ivan Pavlov.
Al igual que los perros de Pavlov, las langostas fueron entrenadas para asociar el olor con la comida, siendo su preferencia una brizna de hierba.
Después de pasar un día sin comer, se expuso una langosta a una bocanada de olor (una bocanada de hexanol o acetato de isoamilo) y luego se le dio una brizna de hierba.
En solo seis de estas presentaciones, la langosta aprendió a abrir sus palpos (apéndices sensoriales cerca de la boca) en previsión de un refrigerio, después de simplemente notar el olor desencadenado por los investigadores.
Así como reconocemos el café, la langosta entrenada pudo reconocer el olor y no permitió que otros factores se interpusieran en el procesamiento de la información sensorial.
Neuronas activadas y desactivadas
En este punto, los investigadores comenzaron a examinar qué neuronas se activaban cuando la langosta estaba expuesta al olor en diferentes condiciones, incluso en combinación con otros olores, en condiciones húmedas o secas, cuando tenía hambre o si estaba completamente alimentada, entrenada o no. . y así sucesivamente, diferentes duraciones.
Resultó que, bajo diferentes circunstancias, los investigadores observaron patrones muy inconsistentes de disparo de neuronas a pesar de que los palpos de la langosta se abrían cada vez.
Esto significa que la respuesta neuronal a los estímulos olfativos cambia constantemente, lo que plantea un problema importante: si la reacción neuronal es diferente, ¿cómo es que siempre huelen igual en todas las circunstancias?
Para aclarar, los investigadores recurrieron a un algoritmo de aprendizaje automático para averiguar si estos patrones de respuesta neuronal pueden usarse para predecir el comportamiento de la langosta en respuesta a un estímulo olfativo.
algoritmo sencillo
El algoritmo resultó ser muy fácil de interpretar. Explotó dos tipos funcionales de neuronas: hay neuronas ON, que se activan cuando hay un olor presente, y hay neuronas OFF, que están en silencio cuando hay otro olor presente, pero que se activan después de la desaparición del olor añadido.
Lo que los investigadores pudieron observar fue que el cerebro de la langosta solo necesitaba un número aproximado de neuronas encendidas y apagadas para saber que el olor estaba allí, y también tenía la capacidad de ignorar cualquier cambio en diferentes condiciones que pudiera alterar el olor. estaba más interesado.
«Nos sorprendió descubrir que este enfoque simple es todo lo que se necesita para reconocer sólidamente un odorante», dice Raman en un comunicado.
Raman compara este proceso cerebral en la langosta con el mecanismo que normalmente usamos cuando compramos una camisa. Tenemos una lista de preferencias (algodón, mangas largas, botones, color sólido, tal vez un bolsillo delantero para guardar sus anteojos) y algunos factores decisivos, como limpieza en seco o adornos específicos.
Una vez que hemos visto todo en el escaparate, elegimos la camiseta que mejor se adapta a mis preferencias, y abandonamos las que no consideramos imprescindibles.
valor seguro
Encontrar las características de la camiseta que queremos comprar es lo mismo que procesa el cerebro de una langosta cuando se activan las neuronas ON. Y cuando vemos que la camiseta no tiene alguna de nuestras preferencias, las neuronas OFF se apagan para que no nos quedemos sin camiseta nueva.
La ausencia de factores decisivos es similar al silencio de las neuronas OFF. Siempre que se hayan disparado suficientes neuronas ON que normalmente son activadas por un odorante, y la mayoría de las neuronas OFF no lo han hecho, sería seguro predecir que la langosta abrirá sus palpos en anticipación de una golosina cubierta de hierba.
modelo escalable
«Nos sorprendió descubrir que este enfoque simple es todo lo que se necesita para reconocer sólidamente un odorante», concluye Raman.
Aunque estos resultados no se pueden extrapolar fácilmente a cerebros más complejos, saber cómo las langostas procesan los olores ayuda a comprender mejor el funcionamiento general de los sistemas olfativos en la naturaleza.
Gracias a esta investigación, cuyos resultados se publican en PNAS, los científicos ahora tienen un modelo de cómo un sistema neuronal simple puede detectar un olor específico en medio de una cacofonía de olores: simplemente ignorando los factores ambientales, apagando las neuronas.
Referencia
Reconocimiento invariable de olores con conjuntos neuronales ON-OFF. Srinath Nizampatnam et al. PNAS 11 enero 2022 119 (2) e2023340118. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2023340118
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