El neuropsicólogo Javier Esteban Libiano expone en este artículo todos los detalles acerca de cómo codifica nuestro cerebro los olores.
El olfato es, junto con el gusto, un sentido químico. Los estímulos recibidos por ambos sentidos interaccionan con sus receptores químicamente.
El olfato ayuda a identificar los alimentos y evitar los que están estropeados o no son apropiados para el consumo. Ayuda a muchas especies a seguir la pista o a detectar a los depredadores, así como a identificar a los amigos, a los enemigos y a las parejas receptivas.
Para los humanos los olores tienen la peculiar capacidad de evocar recuerdos. El olfato activa regiones cerebrales relacionadas con la emoción, el aprendizaje y la memoria.
¿Podríamos utilizar esta información para ejercer un efecto neurorrehabilitador de diferentes capacidades cognitivas en sujetos con algún tipo de daño cerebral o deterioro cognitivo asociado a diferentes patologías?
El estímulo, naturaleza y características
Cada día existe más evidencia de que la estimulación sensorial tiene efecto en el mantenimiento y mejora de las capacidades cognitivas -tales como la percepción, el lenguaje, las praxias, las gnosias, la atención, la memoria, las capacidades ejecutivas, la orientación, el razonamiento y la motivación,- en personas con procesos de deterioro cognitivo, accidentes cerebrovasculares (ACV) u otros factores que hayan causado daño cerebral.
El estímulo olfativo, conocido técnicamente en inglés como odorants, consiste en sustancias volátiles que tienen un peso molecular comprendido entre 15 y 300 g/mol (gramos por mol). Casi todos los compuestos olorosos son lípidos solubles y de origen orgánico, aunque muchas sustancias que cumplen estos criterios no huelen a nada.
Las sustancias odoríferas deben ser hidrosolubles para poder disolverse en la capa mucosa superficial y llegar hasta los cilios olfatorios, en cuyas membranas se unen a receptores específicos. En concentraciones lo suficientemente altas producen una despolarización de la membrana celular que se transmite por el axón como un potencial de acción.
Se cree que en el olfato habría algunas cualidades básicas que serían registradas por receptores específicos.
Dado que las sustancias que pertenecen a un mismo grupo olfatorio tienen tamaños moleculares similares, parece posible que la membrana de un cilio olfatorio, prolongaciones de las células receptoras que penetran en la mucosa y reciben el estímulo, reaccionen solo frente a un tamaño molecular determinado.
Nuevas investigaciones se acercan al hecho de que una célula sensorial expresa solo un tipo de receptor.
Una investigación de la Universidad de California descubrió que algunos olores podrían incrementar la capacidad cognitiva de las personas al llevar a cabo un experimento en el que se exponía a una muestra de individuos al aroma de una fragancia mientras dormían. Esta investigación abre la puerta a tratamientos neurorrehabilitadores no invasivos para luchar contra las enfermedades neurodegenerativas o daños cerebrales variados.
Los receptores
Disponemos de seis millones de células receptoras olfatorias (neuronas bipolares), las cuales se sitúan dentro de dos porciones de la membrana mucosa (el epitelio olfatorio).
En el ser humano, el epitelio olfatorio abarca un territorio pequeño de ambas cavidades nasales, estando situado en la parte superior de la cavidad nasal, en el borde de los cornetes superiores y sobre la superficie opuesta del tabique nasal.
Los receptores para el olfato se encuentran en el epitelio sensorial, el cual está formado por células de sostén o células de soporte y por células sensoriales o células receptoras olfatorias.
Las células receptoras olfatorias son neuronas bipolares, cuyos cuerpos celulares están en la mucosa olfatoria que cubre la lámina cribosa, un hueco de la base en la parte rostral del cerebro.
Entre las células receptoras olfatorias hay células de soporte, que contienen enzimas que destruyen las moléculas olorosas y, por ello, ayudan a prevenir que se puedan alterar los receptores olfatorios.
La región olfatoria también contiene numerosas glándulas mucosas pequeñas, las glándulas de Bowman, cuya secreción forma una película delgada terminal que recubre la mucosa olfatoria.
El segmento distal de la célula sensorial se adelgaza hasta formar un tallo delgado que sobrepasa ligeramente la superficie del epitelio olfatorio. Esta protuberancia olfatoria está cubierta por numerosos cilios olfatorios. En dirección proximal el cuerpo celular ovalado se continúa con una prolongación delgada que junto con las otras prolongaciones está envuelta por las células de Schwann.
Interacción estímulo-receptor
Los investigadores admiten que los cilios olfatorios contienen receptores moleculares que son estimulados por las moléculas olorosas.
Jones y Reed identificaron una proteína G particular, a la cual llamaron Golf. Esta proteína puede activar una enzima que cataliza la síntesis de AMP cíclico (adenosín monofosfato cíclico, un nucleótido que actúa como segundo mensajero en diferentes procesos biológicos), el cual puede a su vez abrir los canales de sodio y despolarizar la membrana de la célula olfatoria.
Las proteínas G sirven de enlace entre los receptores metabotrópicos y los canales iónicos: cuando un ligando se une con un receptor metabotrópico (mecanismos de transducción de señales, a menudo proteínas G, para activar una serie de eventos intracelulares utilizando productos químicos de segundo mensajero), la proteína G abre cualquier canal iónico directamente o indirectamente, al activar la producción de un segundo mensajero. El descubrimiento de la Golf sugirió que los cilios olfatorios contenían receptores del olor unidos a esta proteína G.
Buck y Axel descubrieron una familia de genes que codifica una familia de proteínas receptoras olfatorias. En los humanos parece ser que hay entre 500 y 1000 receptores diferentes, cada uno sensible a un olor diferente. Las moléculas olorosas se unen a estos receptores y las proteínas G acopladas provocan la apertura de los canales de sodio, produciendo potenciales de acción despolarizantes.
La estimulación cognitiva olfativa abre un campo de intervención en el terreno de la neuroplasticidad, conocida como la capacidad que tiene el cerebro para recuperarse, reestructurarse, recomponerse, remodelarse, reformarse, reorganizarse y adaptarse a nuevas situaciones.
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Los nervios olfatorios
Las células receptoras olfatorias envían a través de la superficie de la mucosa una prolongación que se divide en 10 o 20 cilios, las cuales penetran en la capa de moco.
Estas prolongaciones se reúnen para formar los nervios olfatorios que atraviesan los orificios de la lámina cribosa para llegar al bulbo olfatorio. Aproximadamente treinta y cinco paquetes de axones, rodeados por células de glía, atraviesan el hueso por pequeños orificios de la lámina cribosa.
Las prolongaciones terminan en los glomérulos olfatorios del bulbo olfatorio, en los que establecen sinapsis con las dendritas de las células mitrales.
Otros dos nervios pares acompañan al nervio olfatorio desde la cavidad nasal hasta el cerebro: el nervio terminal y el nervio vomeronasal.
El nervio terminal está formado por un fascículo de fibras nerviosas delgadas que se dirigen desde el tabique nasal a través de la lámina cribosa hasta la lámina terminal, ingresan en el cerebro por debajo de la comisura anterior. Este fascículo contiene numerosas células nerviosas y es considerado un nervio vegetativo.
El nervio vomeronasal que discurre desde el órgano vomeronasal hacia el bulbo olfatorio accesorio, está desarrollado en los vertebrados inferiores y en el hombre solo es demostrable durante el desarrollo embrionario.
La mucosa olfatoria también contiene terminaciones nerviosas libres de los axones del nervio trigémino. Estas terminaciones nerviosas median las sensaciones de dolor que pueden producirse el esnifar algunos irritantes químicos tales como el amoniaco.
Los bulbos olfatorios
Los bulbos olfatorios son regiones engrosadas en el extremo del tracto olfativo, las cuales reciben aferencias de los receptores olfativos. Están situados en la base del encéfalo, al final de los alargados tractos olfatorios.
Cada célula receptora envía un único axón al bulbo olfatorio, donde hace sinapsis con las dendritas de las células mitrales. Estas sinapsis tienen lugar en el complejo axonal y en las arborizaciones dendríticas llamadas glomérulos olfatorios.
Hay aproximadamente 10.000 glomérulos, cada uno de los cuales recibe las aferencias desde un fascículo de aproximadamente 2000 axones.
Vías nerviosas
Recorrido del estímulo
En síntesis, los receptores olfatorios consisten en neuronas bipolares localizadas en el epitelio olfatorio, que tapiza el techo de los senos nasales, en el hueso que está debajo de los lóbulos frontales.
Los receptores envían terminaciones a través de la superficie de la mucosa, las cuales se dividen en cilios. Las membranas de estos cilios contienen receptores que detectan moléculas olorosas disueltas en el aire, que llegan a la mucosa olfatoria. Los axones de los receptores olfatorios pasan a través de los orificios de la lámina cribosa hacia los bulbos olfatorios, donde forman sinapsis en el glomérulo con las dendritas de las células mitrales. Estas neuronas envían axones, a través de los tractos olfatorios, al cerebro, principalmente a la amígdala (relacionada con las emociones), la corteza piriforme (procesamiento de la información) y a la corteza entorrinal (memoria, orientación y aprendizaje). El hipocampo (aprendizaje y memoria), el hipotálamo y la corteza orbitofrontal (toma de decisiones), reciben la información olfativa indirectamente.
Órgano vomeronasal
La mayoría de los mamíferos tienen otro órgano que responde a las sustancias químicas ambientales: el órgano vomeronasal, que es un epitelio sensorial ubicado en el interior de un saco mucoso del tabique nasal, importante en los reptiles para rastrear los alimentos. También juega un papel importante en la respuesta animal a las feromonas (sustancias químicas producidas por animales que afectan a la fisiología reproductiva y a la conducta).
Diferentes regiones implicadas
Los axones del tracto olfatorio proyectan directamente a la amígdala y a dos regiones de la corteza límbica: la corteza piriforme y la corteza entorrinal.
- La amígdala, relacionada con la emoción, envía la información olfatoria al hipotálamo, relacionado con la ingesta de alimentos y la emoción.
- La corteza entorrinal, relacionada con el aprendizaje y la memoria, envía información olfatoria al hipocampo, relacionado también con el aprendizaje y la memoria.
- La corteza piriforme, relacionada con la memoria y el aprendizaje, envía información olfatoria al hipotálamo y a la corteza orbitofrontal, relacionada con la memoria y la emoción, a través del núcleo dorsomedial del tálamo, relacionado con la memoria y el aprendizaje.
- La corteza orbitofrontal, además de información olfatoria, también recibe información gustativa. Por ello, podría estar implicada en la combinación de gusto y olfato en los sabores.
- El hipotálamo recibe una considerable cantidad de información olfativa, lo que es importante probablemente para la aceptación o el rechazo de los alimentos y para el control olfatorio de los procesos de reproducción.
Vemos así que a través de la estimulación cognitiva, utilizando como herramienta el olfato y los diferentes olores a los que podemos enfrentarnos, vamos a activar regiones cerebrales relacionadas con la memoria, aprendizaje, emoción, toma de decisiones, procesamiento de la información… De esta manera, una actividad tan sencilla como el reconocimiento de diferentes estímulos olorosos, puede redundar en la mejora o enlentecimiento de diferentes procesos de deterioro cognitivo, ofreciéndonos un campo de intervención que a la vez puede estar combinado con otras técnicas de estimulación cognitiva.
Percepción de olores específicos
Las personas pueden reconocer más de 10.000 olores diferentes. Aunque tuviéramos varios cientos de receptores olfatorios diferentes, o incluso un millar, quedarían muchos olores sin explicar.
¿Cómo podemos utilizar un número relativamente pequeño de receptores para detectar tantos olores diferentes?
El reconocimiento de un olor determinado es una cuestión de reconocimiento de una configuración particular de actividad en los glomérulos. La tarea de reconocimiento químico se convierte en una tarea de reconocimiento espacial.
Los patrones espaciales de información olfatotópica se mantienen en la corteza olfatoria. Probablemente, el cerebro reconoce los olores particulares mediante el reconocimiento de los diferentes patrones de activación que suceden.
Aunque la mayoría de los olores son producidos por mezclas de muchas sustancias químicas diferentes, los identificamos como pertenecientes a un objeto concreto, por ejemplo, el olor a café o el olor a humo de un cigarro.
Bibliografía
- N. Carlson. (2006). Fisiología de la conducta. Editorial Pearson, Madrid
- W. Kahle. (2003). Atlas de Anatomía. Tomo 3. Sistema nervioso y órganos de los sentidos. Editorial Omega, Barcelona
- Woo, C; Miranda, B; Sathishkumar, M; Dehkordi-Vakil, F; Yassa, M y Leon, M. (2023). Overnight olfactory enrichment using an odorant diffuser improves memory and modifies the uncinate fasciculus in older adults. Frontiers in Neuroscience.
