Cosa accade nel nostro cervello quando sentiamo un profumo

L’olfatto è uno dei primi sensi ad essersi sviluppato negli esseri viventi ma è anche quello più enigmatico, meno conosciuto. Si sa che è collegato all’ippocampo, zona del cervello dove ha sede la memoria a lungo termine, che si attiva quando c'è uno stimolo olfattivo, facendo riaffiorare dal subconscio il ricordo di odori legati ad una particolare circostanza. La conoscenza e la memoria olfattiva si sviluppano nei primi anni di vita e questo è essenziale affinché il cervello in età adulta possa distinguere gli odori. Ma come riusciamo a distinguere in una frazione di secondo le informazioni che ci arrivano dal naso?

Dopo vent’anni di ricerca, l'Istituto di Neuroscienze del Consiglio Nazionale delle Ricerche ha scoperto qual è il meccanismo della codifica degli odori a livello cerebrale. Secondo i ricercatori è basato sulla formazione di mappe sensoriali cerebrali, definite da una precisa disposizione spaziale dei neuroni olfattivi guidata dal recettore dell’odore. Più precisamente questi neuroni, responsabili della percezione di un dato odore, sono raggruppati in specifiche aree del bulbo olfattivo, la zona del cervello che elabora gli stimoli captati nel tessuto delle cavità nasali (epitelio olfattivo) attraverso i recettori olfattivi (proteine prodotte dagli stessi neuroni olfattivi che legano uno specifico odorante ‘intrappolato’ nel muco nasale), frammisti a neuroni che esprimono recettori diversi, ma con un preciso ordine spaziale che dà luogo alla mappa topografica olfattiva.

Ad offrire un ulteriore contributo alla comprensione dell'attività neuronale alla base dell’elaborazione degli odori, un recente studio condotto dai ricercatori dell’Università di Rochester (USA) e pubblicato su Cell Reports. Secondo i ricercatori il nostro cervello elabora il profumo attraverso diverse strategie, rappresentandolo come un dipinto, un'istantanea dell'attività delle cellule catturata in un momento, o come una sinfonia, un insieme in evoluzione di cellule diverse che lavorano insieme per catturarlo.

Il ruolo di ‘interruttore’ delle fibre centrifughe

I ricercatori hanno sviluppato un modello matematico per simulare il funzionamento del primo sistema olfattivo (la corteccia piriforme), ovvero dove si forma la percezione dell’odore. Attraverso simulazioni al computer, hanno scoperto un insieme specifico di connessioni che ricoprono un ruolo fondamentale: si chiamano “fibre centrifughe” e trasportano gli impulsi da altre parti del sistema nervoso centrale alle prime regioni sensoriali del cervello. Queste fibre centrifughe agiscono come un ‘interruttore’, alternando tra diverse strategie per rappresentare in modo efficace gli odori, e suggeriscono quindi che il cervello non rappresenta gli odori in modo univoco.

Il cervello rappresenta il profumo come un dipinto o una sinfonia

Secondo una di queste strategie, il cervello elabora l’odore come un dipinto o una fotografia, come un’istantanea in un dato momento per catturarne le caratteristiche essenziali. Secondo l'altra strategia, il cervello lo elabora come una sinfonia, poiché è sintonizzato sulle cellule che si accendono e si spengono durante lo stimolo olfattivo. Il modello matematico sviluppato dai ricercatori evidenzia la caratteristica fondamentale del sistema nervoso, e cioè, non solo le diverse componenti che costituiscono il cervello, ma anche il modo in cui queste lavorano insieme per aiutare il cervello a rappresentare un odore. "Questi risultati - ha affermato Krishnan Padmanabhan, professore associato di Neuroscienze e autore senior dello studio - rivelano un principio fondamentale del sistema nervoso, la flessibilità nei tipi di calcoli che il cervello fa per rappresentare aspetti del mondo sensoriale, e forniscono nuovi strumenti per quantificare e interpretare i modelli di attività del cervello”.

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Dall’Intilligenza Artificiale alle malattie neurodegenerative

Una maggiore comprensione della fisiologia del sistema olfattivo potrebbe migliorare la conoscenza di molte patologie neurodegenerative, quali Parkinson ed Alzheimer, che esordiscono in molti pazienti proprio con deficit olfattivi anni prima che compaiano alterazioni motorie e cognitive. Capire, quindi, i meccanismi di base che regolano il funzionamento del sistema olfattivo, come ha fatto questo studio, è fondamentale per qualsiasi ulteriore indagine finalizzata a chiarire tali processi patologici.

Ma non solo, “i modelli matematici sviluppati dal nostro team - ha affermato Padmanabhan  -, rivelando aspetti fondamentali di come il sistema olfattivo funziona nel cervello, potrebbero aiutare a costruire sistemi informatici artificiali ispirati al cervello per migliorare, ad esempio, la sicurezza delle auto a guida autonoma o aiutare gli algoritmi di visione artificiale a identificare e classificare più accuratamente gli oggetti in un’immagine".