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6 de julio de 2024

Revelan que el aprendizaje favorece la discriminación de olores en la corteza olfativa al incorporar información de diferentes sentidos

La investigación de especialistas del CONICET fue publicada en Nature Communications. Entender mejor los circuitos neuronales asociados al procesamiento de olores da el puntapié para comprender cómo el cerebro procesa la información que recibe del entorno y forma memorias.

Un olor que conduce a la infancia, el perfume que recuerda a un ser querido, una comida favorita, la casa de verano a la que siempre se quiere volver. El olfato, indudablemente, es mucho más que sentir los olores. A través del olfato, las personas son capaces de detectar y reconocer una gran cantidad de compuestos químicos en el ambiente, lo que influye en su memoria, emociones y comportamiento. Y a pesar de ser una capacidad sensorial fascinante, es una de las menos comprendidas.

“El olfato sigue siendo muy enigmático. Se sabe mucho más sobre cómo funciona la vista, cómo funciona el oído, el gusto o el tacto, pero no el olfato”, afirma Noel Federman, investigadora del CONICET en el Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBioBA, CONICET-MPSP) con experiencia en el estudio del aprendizaje y la memoria. “En el laboratorio estudiamos la percepción sensorial, tomando como modelo la percepción olfativa en ratones”, comenta.

Hace un tiempo, en el laboratorio de Circuitos neuronales del IBioBA, liderado por la investigadora del Consejo Antonia Marin-Burgin, se preguntaron si la percepción de las señales sensoriales depende del contexto en el que ocurren. Luego de mucho trabajo, experimentos y discusiones científicas, lograron plasmar su investigación en un estudio publicado en la prestigiosa revista Nature Communications. Allí, sostienen que el aprendizaje favorece la discriminación de olores en la corteza olfativa, ya que, al incorporar información de diferentes sentidos, mejora el procesamiento de los olores y su relevancia en función del ambiente.

A través de la observación del comportamiento de ratones y del análisis de su actividad neuronal, el equipo pudo ver que, si bien en un primer momento esta región sólo codifica olores, “después del aprendizaje, las neuronas empiezan a responder también a señales posicionales, contextuales y asociativas, activándose con más de un tipo de estímulo, lo que se denomina con selectividad mezclada. Esto significa que, además de los olores, ahora también codifican información adicional, por ejemplo, sobre el entorno en donde ocurrió el olor”, explica Marin-Burgin. Esta integración de señales no olfativas en una zona olfativa permite guardar asociaciones entre olores-ambientes-recompensa en la misma región, lo que genera una mejor distinción de los olores cuando se presentan en el mismo ambiente. “Es como si el olor de la comida de mi abuela lo distingo mejor cuando lo percibo en su casa, que cuando lo huelo en un restaurant en el que no espero sentirlo”ejemplifica la investigadora.

“Es decir que descubrimos que hay neuronas en la corteza olfativa que responden a otros aspectos además del olor, como estímulos visuales, y el valor de los estímulos, como recibir una recompensa. Entonces, es probable que la corteza olfativa participe en el cambio en la percepción de un mismo olor en dos contextos distintos”, refuerza Federman. “Es que la corteza olfativa hace más que oler: integra cosas, y al integrar cosas, podría estar ayudando al aprendizaje, porque el aprendizaje es integrar dos o más informaciones”, agrega Sebastián Romano, investigador adjunto del CONICET en el IBioBA y uno de los primeros autores del paper.

Esta investigación es importante porque diversos trabajos científicos sostienen que una disminución de la capacidad olfativa puede ser un síntoma precoz de enfermedades como Alzheimer o Parkinson: “existen muchas enfermedades neurodegenerativas, e incluso virales, en las que la pérdida del olfato es uno de los primeros síntomas, entonces, entender los circuitos neuronales asociados al procesamiento de olores puede aportar nuevos conocimientos para el desarrollo de potenciales tratamientos”, sostiene Marin-Burgin.

Una percepción caprichosa

Para Federman, la percepción es “caprichosa” porque es cambiante, y esa versatilidad depende del aprendizaje y del contexto. “Cuando tenemos hambre, por ejemplo, percibimos los olores de una manera más intensa o más rápida. Es interesante tener un cerebro que es capaz de focalizar la atención en estímulos que son relevantes dependiendo de la tarea que queremos realizar. Por ejemplo, si tenemos hambre y estamos buscando comida, entonces es muy importante que podamos prestar más atención a estímulos que indican comida e ignorar aquellos estímulos que no”, sostiene la investigadora.

De acuerdo con Marin-Burgin, las asociaciones, que son formadoras de memoria, se ubican en distintas partes del cerebro y tienen que ver con el ambiente: “el contexto en el que nos encontramos nos ayuda a interpretar mejor –en este caso el olor- que se está percibiendo, y esta información queda guardada en la corteza sensorial”, afirma.

Un cerebro que trabaja de manera colectiva

“Vimos que la información está mucho más distribuida en el cerebro, no compartimentalizada como se creía”, dice la jefa del laboratorio. Tradicionalmente se entendió el funcionamiento del cerebro de manera jerárquica: las regiones cerebrales que son orientadas especialmente a lo sensorial, informan a las regiones de una ‘jerarquía’ más alta para que integren la información. Esta idea se está empezando a cuestionar -comenta Sebastián Romano- y en nuestro trabajo se ve de manera acabada: pudimos ver que en lo que sería la primera etapa de procesamiento sensorial, que en este caso es olfativo, donde la información es todavía muy primitiva, ya hay una integración de muchas modalidades sensoriales: de comportamiento del animal, de las recompensas que recibe. Entonces, vimos que el cerebro es mucho más integrador desde el vamos”.

Este trabajo, entonces, deja en claro un punto sobre el funcionamiento cerebral que si bien se viene discutiendo hace tiempo, aún no se había podido describir: el cerebro integra información desde las primeras etapas de procesamiento. “El cerebro procesa la información que recibe del entorno de forma más colectiva y distribuida, no es el cerebro verticalista que creíamos que era”, agrega el investigador.

Quienes también trabajaron colectivamente fueron los integrantes del laboratorio de Circuitos neuronales. “Esto representó una ambición muy linda porque hicimos algo desde cero y creo que lo pudimos lograr porque somos personas con distintos backgrounds que aportamos mucho, sostiene Federman. “Tuvimos mucha suerte de encontrarnos porque tenemos perfiles muy diferentes y muy complementarios. Sería muy poco probable que alguien pudiera armar todo esto solo”, coincide Romano. Ambos destacan, además, que la investigación no hubiera sido posible sin el aporte de los becarios doctorales Lucca Salomon y Macarena Amigo Durán. Cabe destacar, asimismo, que el trabajo se realizó íntegramente en la Argentina.

 

Caminando en una realidad virtual

Para realizar los experimentos necesarios para contestar a su pregunta sobre el vínculo entre la percepción y el contexto, tuvieron que desarrollar un dispositivo de realidad virtual para roedores, y combinarlo con una tecnología muy sofisticada de medición de actividad neuronal. Lo distintivo de estas técnicas es que recrean la exploración natural del animal: “El ratón camina en una realidad virtual y es su propio movimiento el que hace que la imagen en la pantalla cambie. No le presentas los estímulos cuando vos decidís, sino que es cuando el animal decide llegar a la cueva, recibir el olor, lamer y recibir la recompensa”, explica Noel Federman.

Esta herramienta permite generar un escenario relativamente naturalista, donde la escena se relaciona con la acción del animal, porque toma decisiones: “los ratones tienen un comportamiento operante porque controlan la tarea, y nosotros monitoreamos finamente sus acciones, que también podemos intervenir”, agrega Romano. “Estamos orgullosos porque es la primera vez que se utilizan técnicas in vivo acá en el IBioBA. Es algo muy complejo que diseñamos y armamos nosotros y que es muy poco utilizado en nuestro país”, concluye el investigador.

Referencia Bibliográfica

Federman, N., Romano, S.A., Amigo-Duran, M. et al. Acquisition of non-olfactory encoding improves odour discrimination in olfactory cortex. Nat Commun 15, 5572 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-49897-4

 

Fuente: conicet.gov.ar

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