Com s’ho ensuma el nas

El sentit de l’olfacte dels mamífers és un excel·lent sistema de detecció química que sobrepassa de lluny qualsevol reproducció feta per la mà de l’home. Així, fa molt de temps que els investigadors intenten analitzar i recrear el sistema olfactiu animal per desenvolupar “nassos” artificials. Ara, investigadors de l’IBEC han fet nous descobriments sobre aquest sistema tan eficient que podrien permetre el desenvolupament de millors sistemes de detecció química amb importants aplicacions en àrees tan essencials com la salut, la seguretat o la indústria alimentària.

Read more…

En l’article que apareix avui a PlosOne, els investigadors aborden un obstacle actual per a una millor comprensió del sistema olfactiu dels mamífers, en concret, com es codifica i processa la informació química. Per fer això, van estudiar el rendiment del sistema olfactiu perifèric de les rates a l’hora d’identificar el tipus dels estímuls entrants – és a dir, la seva capacitat de detectar i distingir diferents olors – i van fer un anàlisi dels resultats quantificant el número d’olors que podien ser codificats per un conjunt particular de receptors olfactius (ROs) del sistema.

“Les neurones RO en el sistema són de diversos tipus i estan distribuïdes per l’epiteli nasal de forma complexa. A més a més el número de tipus depèn de l’espècie; per exemple, hi ha 387 tipus diferents de ROs en els humans, i 1.035 en els ratolins,” explica en Santiago Marco, responsable del grup d’Olfacció Artificial de l’IBEC. “Vam observar el paper que jugava aquesta diversitat i el número total de receptors en la codificació de la informació química.”

La recerca prèvia ha mostrat que un sistema olfactiu particular s’adapta a les propietats estadístiques del conjunt de substàncies químiques a les quals es veu exposat – per exemple, els ROs d’un gos estaran més sintonitzats amb l’olor de la carn que els de un conill. Com que diferents neurones responen a un conjunt d’olors diferents, això forma la base del “codi” pel qual s’identifiquen les olors, i així els investigadors van classificar els receptors olfactius de les rates segons el seu rang de recepció (RR) quan se’ls exposa a un gran número d’olors – una immensa proesa de mapejat sistemàtic, a causa del gran nombre de receptors que es troben en les rates i la enorme quantitat de lligands potencials. També van estudiar la capacitat de distingir depenent de la distribució, i la correlació entre receptors. A més a més, en lloc de utilitzar  models teòrics simplificats, van fer servir dades reals del bulb olfactori procedents d’una extensa base de dades proporcionada per la Universitat de California Irvine.

”Vam descobrir que el rendiment òptim correspon a un conjunt de receptors amb un abast de recepció del 50%, així que els Ros no són particularment selectius,” diu en Santiago. “Tot i així, el sistema biològic te una correlació o solapament dels sensors notablement baixa, i una bona cobertura de l’espai olfactiu. Per sensors amb baixa correlació, afegir-ne més al conjunt maximitza la capacitat de codificació del sistema.”

A partir d’això, els investigadors suposen que la biologia ha evolucionat envers una combinació de sensors més selectius per a les olors crítiques i una col·lecció de sensors menys selectius per a cobrir àrees més grans de l’espai olfactiu. “Un cas extrem d’aquest impuls evolutiu és la presència de sensors altament específics per a la detecció de feromones,” afegeix en Santiago. “Aquesta millor comprensió de la codificació de les olors en l’olfacció pot oferir valuoses informacions per al disseny de sistemes d’olfacció artificial multiusos; per exemple, abans es creia que els sensors químics no són prou selectius, però el nostre estudi mostra que potser la selectivitat no sigui el paràmetre més rellevant.”

 

J. Fonollosa, A. Gutierrez-Galvez, S. Marco (2012). Quality Coding by Neural Populations in the Early Olfactory Pathway: Analysis using Information Theory and lessons for Artificial Olfactory Systems. PLoS ONE, in press. http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0037809