Come fanno gli esseri umani e altri animali a distinguere tra l’odore di frutti di mare in decomposizione o il fascino seducente di una banana matura? Una nuova ricerca della New York University Langone Health e dei suoi colleghi utilizza odori creati artificialmente per aiutare a rivelare l’intricata catena di eventi che permettono di distinguere un odore da un altro. I risultati sono stati pubblicati oggi su Science.
Nei profondi recessi del naso ci sono milioni di neuroni sensoriali che, insieme ai nostri occhi e alle nostre orecchie, aiutano a evocare il mondo che ci circonda. Quando sono stimolati da una sostanza chimica con un odore, o un odorante, inviano impulsi nervosi a migliaia di gruppi di neuroni nei glomeruli, che compongono il bulbo olfattivo, il centro olfattivo del cervello. Diversi modelli di attivazione glomerulare sono noti per generare la sensazione di odori specifici. L’attivazione di un gruppo di glomeruli provoca la percezione dell’ananas; l’attivazione di un altro evoca i sottaceti.
A differenza di altre sensazioni, come la vista e l’udito, gli scienziati non sanno quali qualità di un particolare odore sono utilizzate dal cervello per percepirlo. Quando si vede la faccia di una persona, si possono ricordare gli occhi, il che aiuta a riconoscere quell’individuo in futuro. Ma le orecchie e il naso potrebbero essere meno importanti nel modo in cui il cervello rappresenta quella persona. Gli autori del nuovo studio hanno cercato di identificare le caratteristiche distintive coinvolte nella formazione della rappresentazione degli odori nel cervello.
Per farlo, hanno usato una tecnica chiamata optogenetica per attivare i glomeruli nei topi. L’optogenetica usa la luce per stimolare specifici neuroni nel cervello. E può aiutare a determinare la funzione di particolari regioni del cervello.
Attivando certi modelli di attività nei glomeruli, i ricercatori hanno generato “odori sintetici” che i topi hanno percepito come reali. Hanno prima addestrato i roditori a riconoscere l’accensione di sei glomeruli specifici, facendo loro percepire un odore che era sconosciuto ai ricercatori. I topi ricevevano una ricompensa in acqua quando riconoscevano l’odore corretto e ricevevano acqua da un beccuccio. Quando altri glomeruli sono stati attivati – generando un odore diverso – non c’è stata alcuna ricompensa.
Gli autori dello studio hanno poi alterato i tempi e il mix di glomeruli attivati e hanno osservato come questo ha influenzato il comportamento dei topi. Questo passo ha permesso loro di determinare quanto fosse importante ogni glomerulo per riconoscere accuratamente l’odore. Un dato glomerulo, in effetti, agisce come un proprio mini organo sensoriale all’interno del bulbo olfattivo.
Hanno scoperto che la sequenza di attivazione dei glomeruli era cruciale per la percezione degli odori. Quando hanno cambiato quale glomerulo è stato attivato per primo, i topi hanno dimostrato un calo del 30 per cento nella capacità di percepire l’odore corretto. Quando hanno cambiato l’ultimo attivato, c’è stata solo una riduzione del 5 per cento nella capacità di rilevamento.
“Abbiamo creato un modello di attivazione artificiale, o odore artificiale, e addestrato i topi a riconoscerlo”, spiega l’autore senior del documento Dmitry Rinberg, un neuroscienziato della N.Y.U.Langone. “Poi abbiamo modificato quel modello per vedere quali spunti erano più importanti per formarne la percezione. Il fatto è che non abbiamo idea di cosa i topi stiano realmente annusando – se è una mela o un’arancia, se puzza, se è piacevole!”
Rinberg paragona la percezione dell’odore alla melodia di una canzone: Le note – in questo caso, rappresentano i glomeruli attivati – sono importanti. Ma senza il giusto tempismo, la canzone, o l’esperienza percettiva, va in pezzi. Cambiare la settima nota di una melodia potrebbe essere impercettibile. Scambiando le prime due si potrebbe ottenere una nuova melodia. Quando annusiamo, non si tratta solo di quali glomeruli vengono attivati, ma anche di quale sequenza temporale seguono.
Il professore di biologia dell’Università di Harvard Venkatesh N. Murthy, specializzato in neuroscienze dell’olfatto e non coinvolto nello studio, sottolinea che c’è un gran numero di prove che mettono in relazione i modelli di attivazione glomerulare con la percezione dell’odore. L’incertezza è stata se le regioni cerebrali superiori “leggono” questi modelli di attivazione per identificare un odore, così come quanto sia importante l’ordine di attivazione. Rinberg e colleghi dimostrano che il tempo conta”, dice, “e, inoltre, che i primi neuroni attivati sono più importanti per l’identificazione dell’odore rispetto ai neuroni che si attivano più tardi”. Nell’analogia della canzone, è come se le prime note fossero la chiave per identificare il pezzo (pensate alla Quinta di Beethoven!).”
Rinberg spera di portare la sua ricerca più profondamente nel cervello per vedere come altre regioni dell’organo aiutano a percepire gli odori e gli oggetti una volta che ricevono informazioni dal bulbo olfattivo. “Siamo un piccolo passo più vicini al film The Matrix”, scherza. Il film presenta un mondo ceduto a computer intelligenti che relegano gli esseri umani in una realtà simulata condivisa creata nel loro cervello – simile al modo in cui i ricercatori hanno ideato un odore artificiale. “In un certo senso, abbiamo ricreato il film con l’odore”, aggiunge Rinberg.