O neuropsicólogo Javier Esteban Libiano expõe neste artigo todos os detalhes sobre como nosso cérebro codifica os odores.
O olfato é, juntamente com o paladar, um sentido químico. Os estímulos recebidos por ambos os sentidos interagem com seus receptores quimicamente.
O olfato ajuda a identificar os alimentos e a evitar os que estão estragados ou não são apropriados para consumo. Ajuda muitas espécies a seguir pistas ou a detectar predadores, assim como a identificar amigos, inimigos e parceiros receptivos.
Para os humanos, os odores têm a peculiar capacidade de evocar memórias. O olfato ativa regiões cerebrais relacionadas com a emoção, a aprendizagem e a memória.
Poderíamos utilizar essa informação para exercer um efeito neurorreabilitador de diferentes capacidades cognitivas em sujeitos com algum tipo de dano cerebral ou deterioro cognitivo associado a diferentes patologias?
O estímulo, natureza e características
Cada dia há mais evidências de que a estimulação sensorial tem efeito na manutenção e melhoria das capacidades cognitivas -tais como percepção, linguagem, praxias, gnosias, atenção, memória, capacidades executivas, orientação, raciocínio e motivação,- em pessoas com processos de deterioração cognitiva, acidentes vasculares cerebrais (AVC) ou outros fatores que tenham causado dano cerebral.
O estímulo olfativo, conhecido tecnicamente em inglês como odorants, consiste em substâncias voláteis que têm um peso molecular compreendido entre 15 e 300 g/mol (gramas por mol). Quase todos os compostos odoríferos são lipossolúveis e de origem orgânica, embora muitas substâncias que cumprem esses critérios não tenham cheiro.
As substâncias odoríferas devem ser hidrossolúveis para poderem dissolver-se na camada mucosa superficial e chegar até os cílios olfatórios, nas cujas membranas se unem a receptores específicos. Em concentrações suficientemente altas produzem uma despolarização da membrana celular que se transmite pelo axônio como um potencial de ação.
Acredita-se que no olfato existam algumas qualidades básicas que seriam registradas por receptores específicos.
Uma vez que as substâncias que pertencem a um mesmo grupo olfativo têm tamanhos moleculares similares, parece possível que a membrana de um cílio olfatório, prolongamentos das células receptoras que penetram na mucosa e recebem o estímulo, reajam apenas frente a um determinado tamanho molecular.
Novas pesquisas indicam que uma célula sensorial expressa apenas um tipo de receptor.
Uma pesquisa da Universidade da Califórnia descobriu que alguns odores poderiam aumentar a capacidade cognitiva >das pessoas ao realizar um experimento em que se expunha uma amostra de indivíduos ao aroma de uma fragrância enquanto dormiam. Essa pesquisa abre a porta a tratamentos neurorreabilitadores não invasivos para combater doenças neurodegenerativas ou diversos danos cerebrais.
Os receptores
Dispomos de seis milhões de células receptoras olfatórias (neurônios bipolares), as quais se situam dentro de duas porções da membrana mucosa (o epitélio olfatório).
No ser humano, o epitélio olfatório abrange um pequeno território de ambas cavidades nasais, estando situado na parte superior da cavidade nasal, na borda dos cornetos superiores e sobre a superfície oposta do septo nasal.
Os receptores do olfato encontram-se no epitélio sensorial, o qual é formado por células de sustentação ou células de suporte e por células sensoriais ou células receptoras olfatórias.
As células receptoras olfatórias são neurônios bipolares, cujos corpos celulares estão na mucosa olfatória que cobre a lâmina cribriforme, uma abertura da base na parte rostral do cérebro.
Entre as células receptoras olfatórias há células de suporte, que contêm enzimas que destroem as moléculas odoríferas e, por isso, ajudam a prevenir que os receptores olfatórios possam ser alterados.
A região olfatória também contém numerosas pequenas glândulas mucosas, as glândulas de Bowman, cuja secreção forma uma película fina terminal que reveste a mucosa olfatória.
O segmento distal da célula sensorial afina-se até formar um pedúnculo delgado que ultrapassa ligeiramente a superfície do epitélio olfatório. Essa protuberância olfatória está coberta por numerosos cílios olfatórios. Em direção proximal o corpo celular ovalado continua-se com uma prolongação delgada que, juntamente com as outras prolongações, está envolvida pelas células de Schwann.
Interação estímulo-receptor
Os investigadores admitem que os cílios olfatórios contêm receptores moleculares que são estimulados pelas moléculas odoríferas.
Jones e Reed identificaram uma proteína G particular, à qual deram o nome de Golf. Essa proteína pode ativar uma enzima que catalisa a síntese de AMP cíclico (adenosina monofosfato cíclico, um nucleotídeo que atua como segundo mensageiro em diferentes processos biológicos), o qual por sua vez pode abrir os canais de sódio e despolarizar a membrana da célula olfatória.
As proteínas G servem de ligação entre os receptores metabotrópicos e os canais iónicos: quando um ligando se une a um receptor metabotrópico (mecanismos de transdução de sinais, frequentemente proteínas G, para ativar uma série de eventos intracelulares utilizando produtos químicos como segundos mensageiros), a proteína G abre qualquer canal iónico direta ou indiretamente, ao ativar a produção de um segundo mensageiro. A descoberta da Golf sugeriu que os cílios olfatórios continham receptores de odor ligados a essa proteína G.
Buck e Axel descobriram uma família de genes que codifica uma família de proteínas receptoras olfatórias. Nos humanos parece haver entre 500 e 1000 receptores diferentes, cada um sensível a um odor diferente. As moléculas odoríferas ligam-se a esses receptores e as proteínas G acopladas provocam a abertura dos canais de sódio, produzindo potenciais de ação despolarizantes.
A estimulação cognitiva olfativa abre um campo de intervenção no terreno da neuroplasticidade, conhecida como a capacidade que tem o cérebro para recuperar-se, reestruturar-se, recompor-se, remodelar-se, reformar-se, reorganizar-se e adaptar-se a novas situações.
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Os nervos olfatórios
As células receptoras olfatórias enviam através da superfície da mucosa uma prolongação que se divide em 10 ou 20 cílios, os quais penetram na camada de muco.
Essas prolongações se reúnem para formar os nervos olfatórios que atravessam os orifícios da lâmina cribriforme para chegar ao bulbo olfatório. Aproximadamente trinta e cinco pacotes de axônios, rodeados por células da glia, atravessam o osso por pequenos orifícios da lâmina cribriforme.
As prolongações terminam nos glomérulos olfatórios do bulbo olfatório, nos quais estabelecem sinapses com os dendritos das células mitrais.
Outros dois pares de nervos acompanham o nervo olfatório desde a cavidade nasal até o cérebro: o nervo terminal e o nervo vomeronasal.
O nervo terminal é formado por um fascículo de fibras nervosas finas que se dirigem desde o septo nasal através da lâmina cribriforme até a lâmina terminal, ingressando no cérebro por baixo da comissura anterior. Esse fascículo contém numerosas células nervosas e é considerado um nervo vegetativo.
O nervo vomeronasal, que discorre desde o órgão vomeronasal até o bulbo olfatório acessório, está desenvolvido em vertebrados inferiores e no homem só é demonstrável durante o desenvolvimento embrionário.
A mucosa olfatória também contém terminações nervosas livres dos axônios do nervo trigêmeo. Essas terminações nervosas mediam as sensações de dor que podem ser produzidas ao inalar alguns irritantes químicos tais como a amônia.
Os bulbos olfatórios
Os bulbos olfatórios são regiões espessadas na extremidade do trato olfatório, as quais recebem aferências dos receptores olfatórios. Estão situados na base do encéfalo, no final dos alongados tractos olfatórios.
Cada célula receptora envia um único axônio ao bulbo olfatório, onde faz sinapse com os dendritos das células mitrais. Essas sinapses têm lugar no complexo axonal e nas arborizações dendríticas chamadas glomérulos olfatórios.
Existem aproximadamente 10.000 glomérulos, cada um dos quais recebe aferências de um fascículo de aproximadamente 2000 axônios.
Vias nerviosas
Percurso do estímulo
Em síntese, os receptores olfatórios consistem em neurônios bipolares localizados no epitélio olfatório, que reveste o teto dos seios nasais, no osso que fica abaixo dos lobos frontais.
Os receptores enviam terminações através da superfície da mucosa, as quais se dividem em cílios. As membranas desses cílios contêm receptores que detectam moléculas odoríferas dissolvidas no ar, que chegam à mucosa olfatória. Os axônios dos receptores olfatórios passam através dos orifícios da lâmina cribriforme em direção aos bulbos olfatórios, onde formam sinapses no glomérulo com os dendritos das células mitrais. Esses neurônios enviam axônios, através dos tractos olfatórios, ao cérebro, principalmente à amígdala (relacionada com as emoções), ao córtex piriforme (processamento da informação) e ao córtex entorrinal (memória, orientação e aprendizagem). O hipocampo (aprendizagem e memória), o hipotálamo e o córtex orbitofrontal (tomada de decisões) recebem a informação olfatória indiretamente.
Órgão vomeronasal
A maioria dos mamíferos tem outro órgão que responde às substâncias químicas ambientais: o órgão vomeronasal, que é um epitélio sensorial localizado no interior de um saco mucoso do septo nasal, importante em répteis para rastrear alimentos. Também desempenha um papel importante na resposta animal às feromonas (substâncias químicas produzidas por animais que afetam a fisiologia reprodutiva e o comportamento).
Diferentes regiões implicadas
Os axônios do trato olfatório projetam-se diretamente para a amígdala e para duas regiões do córtex límbico: o córtex piriforme e o córtex entorrinal.
- A amígdala, relacionada com a emoção, envia a informação olfatória ao hipotálamo, relacionado com a ingestão de alimentos e a emoção.
- O córtex entorrinal, relacionado com a aprendizagem e a memória, envia informação olfatória ao hipocampo, também relacionado com a aprendizagem e a memória.
- O córtex piriforme, relacionado com a memória e a aprendizagem, envia informação olfatória ao hipotálamo e ao córtex orbitofrontal, relacionado com a memória e a emoção, através do núcleo dorsomedial do tálamo, relacionado com a memória e a aprendizagem.
- O córtex orbitofrontal, além da informação olfatória, também recebe informação gustativa. Por isso, poderia estar implicado na combinação de gosto e olfato nos sabores.
- O hipotálamo recebe uma quantidade considerável de informação olfatória, o que provavelmente é importante para a aceitação ou rejeição dos alimentos e para o controlo olfatório dos processos de reprodução.
Vemos assim que, através da estimulação cognitiva, utilizando como ferramenta o olfato e os diferentes odores aos quais podemos nos deparar, vamos ativar regiões cerebrais relacionadas com a memória, aprendizagem, emoção, tomada de decisões, processamento da informação… Deste modo, uma atividade tão simples como o reconhecimento de diferentes estímulos odoríferos pode redundar na melhoria ou na lentificação de diferentes processos de deterioração cognitiva, oferecendo-nos um campo de intervenção que ao mesmo tempo pode estar combinado com outras técnicas de estimulação cognitiva.
Percepção de odores específicos
As pessoas podem reconhecer mais de 10.000 odores diferentes. Mesmo que tivéssemos várias centenas de receptores olfatórios diferentes, ou mesmo um milhar, ainda sobrariam muitos odores por explicar.
Como podemos utilizar um número relativamente pequeno de receptores para detectar tantos odores diferentes?
O reconhecimento de um odor determinado é uma questão de reconhecimento de uma configuração particular de atividade nos glomérulos. A tarefa de reconhecimento químico torna-se uma tarefa de reconhecimento espacial.
Os padrões espaciais de informação olfatotópica mantêm-se no córtex olfativo. Provavelmente, o cérebro reconhece os odores particulares mediante o reconhecimento dos diferentes padrões de ativação que ocorrem.
Embora a maioria dos odores seja produzida por misturas de muitas substâncias químicas diferentes, identificamo-los como pertencentes a um objeto concreto, por exemplo, o cheiro de café ou o cheiro de fumaça de um cigarro.
Bibliografia
- N. Carlson. (2006). Fisiologia do comportamento. Editora Pearson, Madrid
- W. Kahle. (2003). Atlas de Anatomia. Tomo 3. Sistema nervoso e órgãos dos sentidos. Editora Omega, Barcelona
- Woo, C; Miranda, B; Sathishkumar, M; Dehkordi-Vakil, F; Yassa, M e Leon, M. (2023). Overnight olfactory enrichment using an odorant diffuser improves memory and modifies the uncinate fasciculus in older adults. Frontiers in Neuroscience.
O que vou encontrar no NeuronUP a partir de agora?
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