Il senso dell’olfatto è fortemente influenzato dai segnali provenienti dagli altri sensi, mentre il senso della vista e dell’udito sono influenzati in misura molto minore, mostra un nuovo studio pubblicato sul Journal of Neuroscience , intitolato “La categorizzazione olfattiva è modellata da una rete corticale transmodale per valutare le previsioni percettive”.
Come funziona il senso dell’olfatto
Una teoria popolare del cervello sostiene che la sua funzione principale è prevedere cosa accadrà dopo, quindi reagisce principalmente a eventi inaspettati. La maggior parte delle ricerche su questo argomento, chiamato codifica predittiva, si è concentrata solo su ciò che vediamo, ma nessuno sa se i diversi sensi, come l’olfatto, funzionano allo stesso modo.
Per capire meglio come l’olfatto si collega al modo in cui gestiamo le diverse impressioni sensoriali, i ricercatori hanno condotto uno studio con tre esperimenti, due esperimenti comportamentali e un esperimento utilizzando il metodo di imaging cerebrale fMRI presso il Brain Imaging Center dell’Università di Stoccolma (SUBIC).
“La scoperta principale è che l’olfatto dipende molto più dalle previsioni rispetto alla vista. Questo è interessante perché molte persone pensano che l’olfatto sia primitivo e reattivo, quando la nostra ricerca mostra che in realtà è piuttosto sofisticato e proattivo”, afferma Stephen Pierzchajlo, Ph. .D. Studente presso il Dipartimento di Psicologia e autore principale dello studio.
Lo studio mostra quanto sia importante che i nostri diversi sensi siano in grado di utilizzare segnali corretti quando classifichiamo le diverse impressioni sensoriali.
“Tutti abbiamo sperimentato che reagiamo quando appare un odore inaspettato, ad esempio quando entriamo nell’appartamento di qualcuno e incontriamo un nuovo odore. La nostra ricerca mostra che il senso dell’olfatto è fortemente influenzato dai segnali provenienti dagli altri sensi, mentre il senso dell’olfatto la vista e l’udito sono colpiti in misura molto minore”, afferma Jonas Olofsson, professore presso il Dipartimento di Psicologia e coautore dello studio.
I ricercatori hanno anche dimostrato che quando il cervello cerca di identificare gli odori che non si aspettava, vengono attivati sia il cervello olfattivo che quello visivo, nonostante l’assenza di segnali visivi nel compito.
“Il cervello olfattivo ha quindi un modo del tutto unico di elaborare gli odori e la questione è se gli odori sono attesi o meno. L’olfatto ci avverte degli odori che non ci aspettavamo e coinvolge il cervello visivo, forse per essere in grado di vedere cos’è che odora. È una funzione intelligente perché noi esseri umani siamo pessimi nel riconoscere gli odori se non riceviamo indizi,” dice Jonas Olofsson.
Negli esperimenti, i partecipanti ascoltavano segnali di parole pronunciate, come “limone”, e poi ricevevano un’immagine o un odore, e i partecipanti decidevano rapidamente se corrispondeva al segnale, ad esempio con un’immagine o un odore di limone, o non corrispondeva, ad esempio con un’immagine o un odore di rosa.
Abbiamo notato che, nel complesso, le immagini e gli odori attesi hanno portato a decisioni più rapide, il che si adatta bene alla teoria della codifica predittiva. Abbiamo utilizzato la differenza nella velocità di risposta per confrontare i sensi tra loro: un ritardo maggiore per stimoli inaspettati significa che il senso si basa più sulle previsioni”, dice Stephen Pierzchajlo.
Lo studio costituisce la prima parte conclusa del suo dottorato. ricerca.
“L’olfatto umano non è un senso reattivo, ma proattivo. Utilizza una strategia cerebrale unica per elaborare odori inaspettati al fine di capire quali sono gli odori”, afferma Stephen Pierzchajlo.
Possiamo allenare il nostro cervello a potenziare l’olfatto e la memoria?
Uno studio sta indagando se imparare a ricordare gli odori possa potenziare la memoria in modo più ampio e ridurre il rischio di demenza.
La ricerca, guidata dal dottor Alex Bahar-Fuchs della Facoltà di Psicologia della Deakin University, si basa su un nuovo insieme di prove che mostrano che allenare la nostra memoria per gli odori può migliorare la funzione cerebrale nella parte del cervello dove sono conservati altri ricordi.
“I problemi con l’ olfatto , noti come senso olfattivo , sono comuni nelle persone anziane e, in alcuni casi, questi problemi riflettono in realtà un declino dei processi di pensiero o delle capacità cognitive , come l’attenzione e la memoria”, ha affermato il dottor Bahar- Ha detto Fuchs.
“In effetti, un segno molto precoce di demenza dovuta a malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer è un declino del senso dell’olfatto, che spesso è presente anni prima della comparsa di altri sintomi.
“Ciò non sorprende, dato che le aree del cervello responsabili dell’elaborazione degli odori sono anche aree colpite molto presto dai processi patologici osservati nell’Alzheimer e in altre cause di demenza.
“La perdita della capacità di annusare non solo influisce sulla qualità della vita, ma espone anche le persone al rischio di perdere una vita indipendente poiché hanno meno probabilità di identificare e rispondere in modo appropriato agli odori che indicano pericolo, come perdite di gas o fumo. Se possiamo migliorare la nostra memoria per gli odori ha il potenziale per apportare benefici ad entrambe le condizioni”, ha affermato il Dott. Bahar-Fuchs.
Lo studio Mind Your Nose confronterà gli effetti di un programma di allenamento per la memoria olfattiva (OMT) basato sull’olfatto con quelli di un programma di allenamento per la memoria visiva (VMT) nelle persone anziane preoccupate per i cambiamenti nella loro memoria e nel loro pensiero (noti come “soggettivi” declino cognitivo’).
“Ci sono prove che allenare la memoria per gli odori migliora la memoria in modo più ampio, mentre allenare la memoria visiva migliora solo la memoria per le informazioni visive “, ha detto il dottor Bahar-Fuchs.
Lo studio è attualmente in fase di raccolta dati e sta reclutando partecipanti di età pari o superiore a 65 anni, che vivono nell’area metropolitana di Melbourne e che hanno qualche preoccupazione per i cambiamenti nel loro pensiero e nella memoria.
I partecipanti vengono assegnati in modo casuale a completare un intervento di allenamento della memoria basato sull’olfatto o un intervento di allenamento della memoria basato sulla vista e completeranno la formazione ogni giorno per quattro settimane a casa propria. Ai partecipanti verrà inoltre richiesto di completare tre valutazioni nel corso dello studio che comportano misure per valutare la cognizione e l’olfatto.
“Fino ad ora è stato difficile dimostrare che allenare la memoria e il pensiero in un contesto può portare a miglioramenti in un altro contesto, ma questa ricerca potrebbe rappresentare una svolta in questo settore e avere importanti implicazioni per gli sforzi di prevenzione della demenza”, ha affermato il Dott. Bahar. -Ha detto Fuchs.
Come gli esseri umani usano il loro senso dell’olfatto per trovare la strada
Nel laboratorio di Jay Gottfried, professore di psicologia e neuroscienze all’Università Arthur H. Rubenstein, Raithel ha trovato il mentore perfetto. Gottfried ha studiato l’olfatto, essenzialmente la scienza dell’olfatto, per quasi due decenni. “Fin da quando ero bambino, ho amato il senso dell’olfatto”, dice Gottfried. “Gli esseri umani hanno cinque sensi e lavorano in tandem, in modo integrato.”
Ma quasi senza alcuna ragione, le persone tendono a scegliere l’olfatto come il senso di cui starebbero bene se dovessero perderne uno, dice. Gottfried sentiva che l’olfatto era stato mal giudicato e, come neuroscienziato, voleva dimostrarlo approfondendo le questioni relative alla codifica e alla navigazione degli odori.
Quando Raithel si unì al suo laboratorio nel 2018, Gottfried e colleghi avevano già sperimentato i modi in cui gli esseri umani navigano tra odori astratti come la banana o la rosa in spazi bidimensionali, scoprendo che alcune parti del cervello legate alla memoria e alle emozioni aiutano le persone capire quali aromi li circondano.
Ora voleva portare il lavoro in una direzione più naturale, creando un paesaggio olfattivo di realtà virtuale tridimensionale (pensa al paesaggio, ma per il tuo naso) attraverso il quale le persone potevano tentare di muoversi.
Per il nuovo esperimento, 28 partecipanti sono entrati ciascuno nel paesaggio olfattivo quattro volte. Il posizionamento di otto “oggetti olfattivi” nell’ambiente – odori di arancia o banana – è sempre rimasto lo stesso. Ciò che è cambiato è stato il luogo in cui i partecipanti sono stati collocati nell’arena della realtà virtuale e quale odore target dovevano trovare.
I risultati hanno sorpreso ed entusiasmato i ricercatori. “Sebbene l’olfatto umano sia stato poco considerato tra i cinque diversi sensi, ora siamo in grado di stabilire che i soggetti umani possono effettivamente navigare negli spazi usando il naso nel contesto di un particolare tipo di ambiente di realtà virtuale”, afferma Gottfried.
“Abbiamo anche dimostrato che questo comportamento era associato all’emergere di una particolare firma neurale indicativa di quelle che potremmo chiamare ‘mappe cognitive'”, aggiunge Raithel. “Questa firma neurale non è apparsa solo nelle aree tradizionalmente associate al comportamento di navigazione, ma anche nelle regioni del cervello legate all’olfatto.” I loro risultati suggeriscono che questi due gruppi di regioni cerebrali condividono un codice spaziale comune, qualcosa che prima non era noto.
Raithel afferma che i risultati, pubblicati sulla rivista Current Biology , le forniscono un’ulteriore prova del fatto che il senso dell’olfatto umano è sottovalutato. “È importante a modo suo, poiché fornisce informazioni uniche in modi che altri sensi non possono.”
Successivamente, Raithel e Gottfried tenteranno di rimappare lo spazio fisico degli odori modificando i contesti in cui i partecipanti dovranno trovare il loro odore target. Il concetto, già dimostrato in modelli animali, cerca di capire cosa succede nel cervello quando un partecipante deve riorientarsi all’interno di uno spazio e considerare arene alternative.
Tutto questo lavoro persegue una migliore comprensione dell’importanza dell’olfatto nella vita di tutti i giorni. “Immagina di essere a mezzo miglio dalla spiaggia. Man mano che ti avvicini al mare, senti sempre più l’odore del mare, o sei seduto alla cena del Ringraziamento, con tutti i suoi suoni, odori e sapori”, dice Gottfried. Ora, aggiunge, immagina se non potessi più sentire gli aromi distinti associati a quei momenti: sarebbe disorientante.
“Per qualcuno che ha perso il senso dell’olfatto , la sua visione del mondo si è ristretta”, dice. “Non hai bisogno del tuo senso dell’olfatto per fare molte cose. Ma quando all’improvviso ne sei privo, diventa una questione del tutto inquietante.”
Il senso dell’olfatto è il nostro sistema di allarme più rapido
La capacità di rilevare e reagire all’odore di una potenziale minaccia è una precondizione per la sopravvivenza nostra e di altri mammiferi. Utilizzando una tecnica innovativa, i ricercatori del Karolinska Institutet sono stati in grado di studiare cosa succede nel cervello quando il sistema nervoso centrale ritiene che un odore rappresenti un pericolo. Lo studio, pubblicato su PNAS , indica che gli odori negativi associati a sgradevolezza o disagio vengono elaborati prima degli odori positivi e innescano una risposta fisica di evitamento.
“La risposta umana agli odori sgradevoli associati al pericolo è stata a lungo vista come un processo cognitivo cosciente, ma il nostro studio mostra per la prima volta che è inconscio ed estremamente rapido”, afferma il primo autore dello studio Behzad Iravani, ricercatore presso il Dipartimento di Scienze Neuroscienze cliniche, Karolinska Institutet.
L’ organo olfattivo occupa circa il 5% del cervello umano e ci permette di distinguere tra milioni di odori diversi. Gran parte di questi odori sono associati a una minaccia per la nostra salute e sopravvivenza, come quella delle sostanze chimiche e del cibo avariato. I segnali olfattivi raggiungono il cervello entro 100-150 millisecondi dopo essere stati inalati attraverso il naso.
La sopravvivenza di tutti gli organismi viventi dipende dalla loro capacità di evitare il pericolo e cercare ricompense. Negli esseri umani, il senso dell’olfatto sembra particolarmente importante per rilevare e reagire a stimoli potenzialmente dannosi.
È stato a lungo un mistero quali meccanismi neurali siano coinvolti nella conversione di un odore sgradevole in un comportamento di evitamento negli esseri umani.
Uno dei motivi è la mancanza di metodi non invasivi per misurare i segnali provenienti dal bulbo olfattivo, la prima parte del rinencefalo (letteralmente “cervello del naso”) con connessioni dirette (monosinaptiche) alle importanti parti centrali del sistema nervoso che aiutano rileviamo e ricordiamo situazioni e sostanze minacciose e pericolose.
I ricercatori del Karolinska Institutet hanno ora sviluppato un metodo che per la prima volta ha permesso di misurare i segnali provenienti dal bulbo olfattivo umano, che elabora gli odori e a sua volta può trasmettere segnali a parti del cervello che controllano il movimento e il comportamento di evitamento.
I risultati si basano su tre esperimenti in cui ai partecipanti è stato chiesto di valutare la loro esperienza con sei diversi odori, alcuni positivi, altri negativi, mentre veniva misurata l’attività elettrofisiologica del bulbo olfattivo in risposta a ciascuno degli odori.
“Era chiaro che la lampadina reagiva in modo specifico e rapido agli odori negativi e inviava un segnale diretto alla corteccia motoria entro circa 300 ms”, afferma l’ultimo autore dello studio Johan Lundström, professore associato presso il Dipartimento di Neuroscienze Cliniche del Karolinska Institutet.
“Il segnale fa sì che la persona si appoggi inconsciamente all’indietro e si allontani dalla fonte dell’odore. I risultati suggeriscono che il nostro senso dell’olfatto è importante per la nostra capacità di rilevare i pericoli nelle nostre vicinanze, e gran parte di questa capacità è più inconscia della nostra risposta al pericolo mediato dai nostri sensi della vista e dell’udito”.
L’olfatto umano assomiglia a quello degli insetti
La professoressa Bente Gunnveig Berg e i suoi colleghi stanno lavorando per svelare alcune delle domande senza risposta su come il cervello elabora le informazioni olfattive. Lo fanno nel Laboratorio chemosensoriale del Dipartimento di Psicologia della NTNU.
“Utilizzando il cervello di un verme del cotone come modello, possiamo eseguire esperimenti in cui descriviamo l’anatomia e la fisiologia a livello di singola cellula”, spiega Berg.
“I modelli di ramificazione e i meccanismi di codifica che rileviamo nel piccolo modello di cervello sembrano essere rilevanti non solo per gli insetti, ma anche per i mammiferi, compresi gli esseri umani.
Gli esseri umani spesso mancano di concetti linguistici per l’esperienza dell’olfatto, ma tendono a classificare gli odori come piacevoli o spiacevoli.
In una pubblicazione sulla rivista scientifica eLife dell’inizio di quest’anno, i ricercatori della NTNU descrivono come l’odore segnala che gli attrattivi o i repellenti vengono interpretati in diverse aree del cervello.
“Troviamo sorprendenti somiglianze nella struttura e nella funzione del sistema olfattivo tra diversi organismi”, afferma Xi Chu, ricercatore presso il Dipartimento di Psicologia della NTNU e autore senior della nuova pubblicazione.
Le somiglianze sono probabilmente legate al fatto che il sistema olfattivo è evolutivamente il più antico di tutti i sistemi sensoriali.
Negli esseri umani, lo osserviamo dal modo in cui le informazioni sugli odori vengono elaborate in larga misura nelle aree cerebrali più vecchie dello sviluppo. Questi includono l’ippocampo e l’amigdala, che sono coinvolti nella creazione della memoria e nell’elaborazione delle emozioni.
“Vale la pena notare che il centro olfattivo primario nel cervello dei mammiferi si trova a solo una sinapsi di distanza dal mondo esterno”, afferma il dottor Chu.
“Ciò significa che le informazioni in arrivo vanno direttamente nella corteccia olfattiva primaria, a differenza di tutti gli altri segnali sensoriali, che viaggiano attraverso una diversa struttura cerebrale prima di disperdersi nelle rispettive aree corticali.
“Abbiamo studiato i neuroni olfattivi di secondo ordine nei vermi maschi del cotone”, afferma Chu.
I maschi trasportano segnali dal centro olfattivo primario ad altre aree del cervello, dove i segnali vengono ulteriormente interpretati per fornire le risposte corrette.
“Sono stranamente simili ai neuroni, chiamati cellule mitraliche, negli esseri umani e in altri mammiferi”, afferma Chu.
Ecco il nocciolo del processo olfattivo per i non specialisti tra noi:
Quando annusiamo qualcosa, è perché alcune molecole disperse nell’aria attivano prima i neuroni sensoriali dell’epitelio olfattivo. Questa è un’area del naso che cattura le molecole degli odori e le trasporta ulteriormente nel centro olfattivo primario del cervello.
Qui, i terminali sensoriali formano una sorta di mappa, quindi i neuroni che hanno lo stesso tipo di recettore olfattivo si accumulano all’interno di strutture sferiche chiamate glomeruli.
Gli insetti hanno un sistema simile di neuroni sensoriali olfattivi che formano glomeruli nei loro lobi antennali. La somiglianza si applica anche ai neuroni olfattivi di secondo ordine che inviano segnali dal centro olfattivo primario alle aree di ordine superiore.
I vari odori sono rappresentati sotto forma di un insieme di glomeruli non sovrapposti nel centro olfattivo primario. Ma nei successivi centri del secondo ordine essi sono disposti in modo del tutto diverso.
Sia negli insetti che negli esseri umani, i terminali dei neuroni olfattivi di secondo ordine coprono aree relativamente ampie che in parte si sovrappongono.
“Abbiamo anche trovato uno schema qui utilizzando dati ad alta risoluzione provenienti da registrazioni elettrofisiologiche o colorazione di singoli neuroni nel cervello degli insetti”, afferma Chu.
I segnali attraenti e avversi erano per lo più separati in aree diverse.
Nei vermi del cotone, le femmine possono produrre e secernere odori chiamati feromoni. Questi feromoni sono costituiti da vari componenti e inviano segnali ad altri sciami notturni.
Il gruppo di ricerca spiega come gli input provenienti da tre costituenti feromonici prodotti dalle femmine vengono trattati nei centri olfattivi superiori dei maschi.
Il verme maschio del cotone è adatto come modello per esplorare il modo in cui i segnali chimici sono rappresentati nel cervello. Conosciamo i segnali olfattivi rilevanti per il comportamento riproduttivo e il sistema relativamente chiaro è costituito solo da pochi stimoli. Alcuni di questi danno inizio all’attrazione, mentre altri danno inizio all’avversione.
“Questo articolo è il risultato di un lavoro prolungato e dell’uso di vari metodi sperimentali”, afferma Elena Ian, un’altra ricercatrice del laboratorio.
Il gruppo ha fatto molti sforzi per visualizzare lo speciale schema di proiezione.
Il primo autore Jonas Hansen Kymre ha recentemente difeso la sua tesi “Modelli di connessione nel percorso olfattivo centrale della falena maschio”. Il suo articolo su eLife è incluso come uno dei tre articoli.
Alcune persone potrebbero essere sorprese dal fatto che i ricercatori studino i cervelli degli insetti nel Dipartimento di Psicologia.
“È importante esplorare la fisiologia e l’anatomia del sistema nervoso stesso anche per quest’area tematica”, afferma Kymre.
Ottenere informazioni su alcune delle reti neurali avanzate che si nascondono nel cervello di un piccolo insetto potrebbe contribuire alla riflessione, sia in termini di provenienza che di posto nella diversità delle specie”, afferma il professor Berg.
