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Neurociencias

Un aroma, una respuesta

El cerebro de los ratones activa un conjunto de neuronas distintas por cada tipo de olor animal captado

El patrón de estimulación eléctrica que se generó en el núcleo ventromedial del hipotálamo cuando los roedores fueron expuestos a olores de gato, serpiente y ratones hembras. Los puntos en verde representan las neuronas activadas y los rojos, las inactivas

Vinicius Carvalho/LaCTAD/Unicamp

Cuando los ratones machos son expuestos al olor de diferentes animales, incluyendo algunos de sus predadores, activan grupos distintos de neuronas del núcleo ventromedial del hipotálamo, una estructura cerebral que está asociada a sensaciones tales como el hambre, el estímulo sexual y el miedo. “Cada aroma de la naturaleza genera un patrón sistemático de actividad neuronal en esa zona del cerebro”, comenta el biólogo Fabio Papes, de la Universidad de Campinas (Unicamp), coordinador del equipo que llevó a cabo este experimento, cuyos resultados figuran en un artículo publicado el 28 de agosto en la revista científica Cell Reports. El olor de un gato, por ejemplo, activa un conjunto de células diferente al que se activa por el aroma de los ratones hembra (vea las imágenes).

La comprobación de que muchas áreas del cerebro se activan cuando un animal o un ser humano son expuestos a distintos aromas no es un hecho sin precedentes, y esto incluye también a la región de la corteza cerebral inherente al olfato e incluso el hipotálamo. No obstante, de acuerdo con otros estudios, la actividad eléctrica registrada en la mayoría de esas regiones, en apariencia era desordenada, sin una pauta espacial discernible. Las neuronas parecían activarse de manera aleatoria. En trabajos anteriores ya se había detectado cierta actividad en el hipotálamo cuando los roedores entraban en contacto con distintos olores. Sin embargo, esos estudios trabajaron solamente con dos tipos de olores: el de los gatos y el de los ratones. En el experimento que llevó adelante el equipo de Papes, los roedores estuvieron en contacto con el aroma propio de gatos, leopardos, ratas, halcones, serpientes, lechuzas y arañas, aparte de hembras y machos de ratones.

El hipotálamo, que está ubicado en la base del cerebro, es una estructura esencial y una de las regiones evolutivamente más primordiales del sistema nervioso. Entre otras funciones, controla la producción de hormonas –tales como la dopamina, la oxitocina y las gonadotrofinas– y en los mamíferos, está vinculado a los comportamientos instintivos, es decir, a las respuestas desencadenadas sin ningún aprendizaje previo. En el caso del olfato, estas conductas pueden ser estimuladas por las feromonas, las moléculas orgánicas que disparan comportamientos instintivos de defensa, apareamiento, agresividad y alarma.

Además de describir los diversos patrones de activación del hipotálamo, Papes y sus coautores, entre los cuales figura Lisa Stowers, del Instituto de Investigación Scripps, en Estados Unidos, delinearon el camino recorrido por la información nerviosa entre el momento en que se capta el olor y la actividad desencadenada en el cerebro. Los mamíferos poseen varios sistemas que se encargan de la detección de los olores, tales como el epitelio olfatorio principal, ubicado en la parte posterior de la cavidad nasal, y el órgano vomeronasal (OVN), situado entre la nariz y la boca. “Hemos constatado que la actividad anteriormente mencionada en el hipotálamo, que plasma este mapa nunca antes descrito de las informaciones olfativas en el cerebro, depende de la detección de los olores por el OVN”, dice el biólogo. Esta conclusión surgió a partir de los experimentos que se llevaron a cabo con ratones genéticamente modificados en donde una mutación introducida en su ADN anula la detección de los olores por el OVN. En el caso de esos animales genéticamente alterados, la exposición a diferentes aromas no activó a las neuronas del hipotálamo.

El equipo de la Unicamp incluso se propuso tratar de entender si la respuesta del cerebro a los diferentes aromas depende de los comportamientos desencadenados por los olores generados o solamente de los estímulos detectados en la nariz. Mediante el empleo de una serie de abordajes, que incluyen una técnica que utiliza virus genéticamente modificados como marcadores de las neuronas y sus conexiones en el cerebro, los científicos detectaron que las pautas espaciales de actividad en el hipotálamo se suscitan a partir de lo que ocurre en la cavidad nasal.

En la nariz hay células receptoras especializadas para captar los olores que activan grupos específicos de neuronas del órgano vomeronasal. El estudio registró una correlación para cada aroma entre las células receptoras particulares de la nariz que intervienen en la detección del estímulo y el patrón de actividad suscitado en el hipotálamo. Esta observación contradice nociones anteriores que consideraban que la actividad del hipotálamo era condicionada por los comportamientos disparados por los olores. En los experimentos del grupo no se observaron reacciones comportamentales distintas en los roedores que justificaran las variantes de patrones de actividad en el hipotálamo.

Más allá de las contribuciones fundamentales para la comprensión del modo en que los distintos aromas pueden desencadenar respuestas fisiológicas y comportamientos específicos, el trabajo presentado por el equipo de la Unicamp puede ser útil para el estudio de ciertas condiciones clínicas. “El sistema olfativo constituye un modelo excelente para comprender los circuitos neuronales implicados en diversos comportamientos, tales como agresividad, atracción sexual, temor y estrés”, dice la bioquímica Bettina Malnic, del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP), experta en el funcionamiento molecular del olfato, quien no participó en el estudio publicado en la revista Cell Reports. Según Malnic, uno de los interrogantes más importantes en el campo de las neurociencias reside en entender cuáles son los grupos de células nerviosas que se activan, cómo se comunican estos circuitos y en qué funciones biológicas influyen. La pérdida del olfato –o anosmia– es, por ejemplo, una condición médica que causa limitaciones en la vida de las personas y puede llegar a ser un indicio de la existencia de otras patologías. En el covid-19, por ejemplo, la anosmia, si bien temporal, es uno de los síntomas precoces en muchos de los pacientes infectados con el nuevo coronavirus.

Proyecto
Mecanismos subyacentes al efecto de la experiencia social sobre los niveles hormonales, las señales sensoriales y la conducta (nº 15/50371-0); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Fabio Papes (Unicamp); Inversión R$ 161.549,15

Artículo científico
CARVALHO, V. M. A. et al. Representation of olfactory information in organized active neural ensembles in the hypothalamus. Cell Reports. 28 ago. 2020.

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