Cosa succede quando annusiamo una rosa? In che modo il nostro cervello elabora l’essenza della tua fragranza? Secondo gli scienziati, i processi cerebrali funzionano come un dipinto: un’istantanea dell’attività cellulare, catturata in un determinato momento; o come una sinfonia: un insieme in evoluzione di cellule diverse che lavorano insieme per catturare l’odore.
Un nuovo studio, pubblicato il 22 marzo su Cell Reports, mostra che il nostro cervello elabora gli odori in entrambi i modi. “Questi risultati rivelano un principio centrale del sistema nervoso, la flessibilità nei tipi di calcoli che il cervello fa per rappresentare aspetti del mondo sensoriale“, spiega Krishnan Padmanabhan, professore associato di neuroscienze e autore principale dello studio. “Il nostro lavoro offre agli scienziati nuovi strumenti per quantificare e interpretare i modelli di attività cerebrale“, aggiunge il ricercatore.
Lo studio
I ricercatori hanno sviluppato un modello per simulare il funzionamento del primo sistema olfattivo, la rete su cui il cervello fa affidamento per elaborare l’olfatto. Utilizzando simulazioni al computer, hanno trovato un insieme specifico di connessioni, chiamate fibre centrifughe, che trasportano gli impulsi da altre parti del sistema nervoso centrale alle prime regioni sensoriali del cervello, e svolgono un ruolo importante.
Queste fibre centrifughe agiscono come un interruttore, passando da una strategia all’altra per rappresentare gli odori in modo efficiente. Quando le fibre centrifughe erano in uno stato, le cellule della corteccia piriforme – dove si forma la percezione di un odore – erano basate sul modello di attività entro un dato istante nel tempo. Quando le fibre centrifughe si trovavano in un altro stato, le cellule miglioravano sia l’accuratezza che la velocità con cui rilevavano e classificavano l’odore, basandosi sui modelli di attività cerebrale nel tempo.
Questi processi suggeriscono che il cervello ha risposte multiple alla rappresentazione di un odore. In una strategia, il cervello utilizza un’istantanea, come un dipinto o una fotografia in un dato momento, per catturare le caratteristiche essenziali dell’odore. Nell’altra strategia, il cervello tiene traccia dei modelli in evoluzione. È sintonizzato sulle cellule che si accendono e si spengono, come una sinfonia.
I modelli matematici sviluppati dai ricercatori evidenziano la caratteristica essenziale del sistema nervoso: non solo la diversità in termini di componenti che compongono il cervello, ma anche il modo in cui lavorano insieme per aiutare il cervello a vivere il mondo dell’olfatto. “Questi modelli matematici rivelano aspetti essenziali di come il sistema olfattivo nel cervello può funzionare e possono aiutare a costruire sistemi informatici ispirati al cervello“, ha detto Padmanabhan. “Gli approcci computazionali ispirati ai circuiti cerebrali, come questo, hanno il potenziale per migliorare la sicurezza delle auto con pilota automatico, o aiutare gli algoritmi di visione artificiale a identificare e classificare più accuratamente gli oggetti in un’immagine“, conclude il ricercatore.
