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Los sistemas receptores 14: Sistema sensorial del olfato




Continuamos con nuestra serie “Los sistemas receptoresde la que sería muy conveniente, si aún no lo has hecho, que leyeras las tres primeras entradas que explican alguno de los conceptos que vas a ver en ésta. Nos toca analizar un par de sentidos que responden a determinadas excitaciones inducidas en nuestro cuerpo por compuestos químicos que vienen del exterior. Hablábamos ya de un aspecto de ello cuando estudiamos el sentido de la nocicepción y termocepción en la entrada sobre el dolor y la temperatura, en donde vimos cómo determinadas moléculas agredían nuestra dermis provocando dolor, o bien cómo la capsaicina o el mentol llegaban a estimular los sensores de la temperatura induciéndonos unas sensaciones de calor o frío. Pero no es de eso de lo que vamos a hablar ahora, ya que me estoy refiriendo básicamente a los sentidos del olfato y el gusto.

En particular, esta entrada la dedicaremos a ver qué procesos fisiológicos y neuronales se desencadenan cuando llega un estimulante químico exterior a nuestra pituitaria, la membrana mucosa que recubre el interior de ambas fosas nasales que, al final, nos va a producir esta sensación tan potente como es la paleta de olores del mundo que nos rodea. La evolución ha matizado las sensaciones olorosas que percibimos, de forma que normalmente lo que huele bien no es nocivo para nuestro organismo -incluso puede ser beneficioso- y lo que huele mal nos avisa de que, cuanto menos, hay que alejarse de ello como medida preventiva. Incluso la evolución nos ha regalado unas sutilezas casi “hedónicas”, al haber montado la posibilidad de integrar varias de las experiencias sensoriales: qué sería de los momentos en que nos proponemos deleitarnos con la comida sin la combinación de buen olor, buen sabor y agradable vista que nos genera el placer del gusto. ¿Qué éxito comercial tendría un perfume fragantemente oloroso y a la vez de un sospechoso color marrón “no digo qué”? ¿Qué éxito reproductor tendría una posible pareja exponente máximo de la perfección corporal, pero que huela a Sus estrofa doméstica ? Evidentemente, en esto último dejo aparte a los cerdos y cerdas.

Como ya se comentó en la entrada anterior, el sentido del olfato es evolutivamente uno de los más antiguos, y prueba de ello es la simplicidad del camino que conecta al elemento químico externo con el cerebro: el área olfativa es el único lugar donde el sistema nervioso central está en directo contacto con el medio ambiente, al ser colindantes los sensores externos y las estructuras corticales olfatorias. Nos da una clara pista de esta antigüedad el hecho de que en el desarrollo embrionario las estructuras cerebrales olfativas se inician y maduran antes que los núcleos talámicos. No nos ha de extrañar, por tanto, que a la corteza olfativa se la conozca como paleocorteza -del griego παλαιός, palaiós, “antiguo“- siendo sólo superada en antigüedad evolutiva por la corteza del cerebro emocional. Un reflejo de esta antigüedad lo tenemos en el cerebro de los vertebrados inferiores, en los que la corteza olfatoria es muy representativa tanto física como funcionalmente, ya que con ella gestionan sus trascendentales respuestas, que debemos imaginar como reflejos inconscientes, frente a los retos de la supervivencia.

Prolongaciones nerviosas que desde las fosas nasales forman en conjunto, al atravesar el hueso etmoides, el nervio olfatorio. Este último finaliza en el bulbo olfatorio, que en los vertebrados ya es parte del prosencéfalo (Anatomy of the Human Body, Henry Gray, wikimedia, dominio público)

El proceso perceptivo del olor se inicia cuando cierto tipo de moléculas químicas que están “flotando” en el aire, junto con los gases que lo forman y el polvo que está en suspensión, llegan a ponerse en contacto con los sensores olfatorios primarios que se encuentran, como ya he comentado, en la membrana mucosa que tapiza la parte interior de nuestros conductos nasales. Estos sensores son simplemente unas neuronas con la cabeza recubierta de cilios en cuyas membranas se encuentran incrustadas unas proteínas que actúan como canales iónicos. Las proteínas no dejan de ser más que una “madeja” de átomos con una forma específica que queda determinada por el tipo, número y disposición de estos mismos átomos que las componen. Además, las moléculas odorantes son más de lo mismo, unas estructuras atómicas y geométricas, aunque químicamente bastante más simples. Quiero decir que ambas moléculas, excitadora y receptora, tienen su determinada geometría 3D y que, de hecho, en algunos puntos encajan como anillo al dedo una con otra, lo cual permite algo así como que una llave abra una cerradura.

El resultado real nos lo desvelaron los premiados con el Nobel 2004 de medicina Richard Axel y Linda Bucks[1]. Un gen del ADN nuclear de cada neurona [n1] inmersa en la mucosa nasal es capaz de expresar una particular proteína, y solamente una, que constituirá su canal iónico a efectos del olfato. En realidad hay un variado abanico de estas proteínas, cada una de su correspondiente tipo de neurona, aunque todas ellas son muy semejantes. Cada tipo de puerta iónica incrustada en la membrana de su neurona puede ser activada solamente por unas pocas moléculas ambientales, lo que hace que cada neurona n1 tenga una estrecha especialización centrada en un escaso número de excitadores.

Los más o menos cien millones de neuronas receptoras de la mucosa nasal se encuentran agrupadas formando conjuntos, conjuntos que están físicamente organizados siguiendo una pauta que sitúa a las que van a inducir percepciones olorosas agradables reunidas en un extremo del campo odorífero y las contrarias en el polo opuesto. No sólo se organizan por zonas, sino también por ejes de olores. Debido a esta circunstancia anatómica es en la propia mucosa nasal donde se lleva a cabo el primer análisis acerca de la cualidad “atracción/repulsión” que tendrá para el sujeto la percepción final del olor. No se sabe muy bien el porqué, pero es claro que en la apreciación de los olores la organización de las neuronas olfativas en la mucosa es relevante a la hora del tipo de información que en ellas se produce.

De todas formas, la especialización de las neuronas n1, como ya sabemos por lo que sucede en otros sentidos, no comporta ninguna diferenciación en los potenciales de acción inducidos en estas neuronas con relación a los de las vecinas. No hay potenciales de acción del tipo “olor agradable” o del tipo “olor a resina“. Todos son iguales, aunque de alguna manera cada axón lleva “escrito” su habilidad particular. Estos axones de las neuronas n1 forman el nervio olfatorio y no están recubiertos por mielina, por lo que sus trenes de potenciales de acción no son de los más rápidos, como ya explicamos en otra entrada de esta serie. Quizás sea una disposición evolutiva eficiente, debido a que no todos los olores exigen una reacción de supervivencia inmediata. Físicamente, esos axones abandonan la mucosa atravesando el hueso etmoides, que en esta zona es como una piedra pómez. No tienen un recorrido muy largo, ya que justo al otro lado del fino hueso se encuentra el bulbo olfatorio -que es para el olfato lo que la retina para la vista- formado por un variado grupo de células entre las que se encuentran las neuronas [n2] con cuyas dendritas hacen sinapsis. Y ahí acaba el nervio olfativo. Poca cosa, pero que recupera su importancia si pensamos que el bulbo olfatorio es en realidad ya parte del encéfalo.

Inicio del camino neuronal correspondiente a la percepción de los olores (Imagen modificada de Wikimedia, uso libre)

En la imagen anterior se ha ampliado la visión de esta zona. Las sinapsis entre axones n1 y dendritas n2 no se  llevan a cabo de forma generalizada en todo el bulbo olfatorio, sino en unos compartimentos esféricos llamados glomérulos que tienen un tamaño medio de una décima de micra. Cada célula sensora primaria proyecta su axón a pares de glomérulos equivalentes en ambas fosas nasales, de forma que sobre cada glomérulo llegan a converger hasta 25.000 axones de células cuyo ADN expresa su particular tipo de proteína receptora, que a su vez es receptiva a un pequeño paquete de moléculas odorantes. Además, en cada glomérulo pueden hacer a la vez sinapsis de 20 a 40 neuronas n2, las que toman el relevo en el bulbo olfatorio. Así que, como resultado de esta especialización y de entrecruzamientos, podemos imaginar cómo una fragancia compleja compuesta de varios olores esenciales llegará a decenas o centenas de estos glomérulos, en donde se activaran los potenciales de acción de decenas o centenares de neuronas n2. Sin embargo, no parece que todas las n2 afectadas se activen con la misma intensidad, ya que intervienen determinadas células vecinas que desencadenan una serie de inhibiciones que hacen que un glomérulo del conjunto de los activados tome la dominancia en el inicio de la expresión de un olor complejo. Todo ello hace que el patrón de la información que sale de las células mitrales, las n2, hacia las instancias siguientes del encéfalo no sea ni de lejos un reflejo pasivo de la que reciben del nervio olfatorio.

Ejemplo de la riqueza del código en la transcripción de la información que inicia alguna de las moléculas odorantes (a la izquierda) al incidir sobre algunas de las proteínas receptoras (arriba) (Imagen: The Nobel Foundation, fair use)

La imagen anterior es muy ilustrativa con respecto a lo que pasa en el primer escalón del algoritmo de codificación, al representar un ejemplo parcial del código de transcripción de la información que genera alguna de las moléculas odorantes al incidir sobre algunas de las proteínas receptoras. Si nos fijamos en el odorante del tipo E, calificado como “rancio, agrio, repulsivo”, podemos ver que puede acoplarse hasta con ocho proteínas receptoras, por lo que la información de este odorante llegará hasta ocho tipos de glomérulos diferentes. Pero a cada uno de estos glomérulos especializados, como el informado por la proteína número 5, también le pueden llegar datos de otros odorantes, alguno de ellos coincidente en el tiempo con el desagradable tipo E. A lo que habrá que añadir la selección realizada en el juego activación-inhibición que realizan las neuronas n2. En resumen, se trata de una circuitería simple y a la vez sofisticada para discriminar señales mediante un código combinatorio basado en el número y localización de los receptores primeros que son activados por la misma molécula química odorante, código que hace más compleja y rica su combinatoria al introducir en el juego a los glomérulos, unos relés especializados que interconectan de forma compleja a las siguientes neuronas del relevo de potenciales de acción. Todo ello nos hace capaces de detectar con el olfato hasta unas 1.200 moléculas diferentes. Combínalas mediante el rico algoritmo que hemos descrito, digno del propio Alan Turing, y obtendrás las sutilezas de nuestro olfato, capaz de percibir lo imperceptible, por ejemplo, en vinos o perfumes. Hasta diez mil aromas diferentes, aunque parece ser que cada aroma puede reducirse a una mezcla de diez olores primarios que reflejan características de lo que hay en el mundo y que son importantes para la supervivencia, como puede ser el olor del peligro, del alimento o de la pareja. De todas formas, no está nada mal.

Aunque hemos desarrollado una capacidad de odolocalización basado en las sutiles diferencias de las plumas inhaladas por ambos nostriles de la nariz[2], el sistema del olor presenta una particularidad, que para mí puede ser un indicio de la antigüedad evolutiva de este sentido, que es que en ninguna de las estructuras del cerebro se producen mapas topográficos definidos del espacio olfativo exterior, ni siquiera un ordenamiento topográfico interno, tal como sucedía en otros sentidos -vista, oído, propiocepción, tacto, olor, temperatura-. Se cree que quizás haya algo semejante en el bulbo olfatorio, al principio de la corriente de los potenciales de acción, pero que luego se difumina definitivamente a medida que avanza hacia estancias cerebrales superiores, mutando hacia una extensa sincronicidad temporal en la actividad de la corteza olfativa. Sin lugar a dudas, las reglas con las que el cerebro codifica y maneja las señales olorosas son muy distintas a las que usa para los otros sentidos, incluso pudiéndose hacer la hipótesis, como lo hacen algunos neurólogos, de que, ya que el patrón del código olfativo no correlaciona la posición espacial de los olores y de que, en cambio, sí existe una amplia sincronicidad en la actividad de la corteza olfativa, este código del olfato no pueda ser más que uno de tipo temporal. Es decir, que la secuencia temporal de llegada de la información a las diversas estructuras encefálicas que la procesan es la referencia con la que se lleva a cabo la discriminación y la respuesta adecuada frente a la detección de los odorantes del medio ambiente. Un artificio del encéfalo que nadie diría que pudiera ser útil en la construcción de la paleta de olores. Así es el habilidoso cerebro “cuenta cuentos”.

Pero sigamos adelante con la descripción de los circuitos. Resulta que el bulbo olfatorio es el final, la última frontera, de una larga prolongación encefálica como la trompa de un elefante, que parte desde zonas próximas a la base anterior de la zona talámica y se proyecta por encima de las fosas nasales hasta prácticamente las sub-órbitas oculares. Toda esta estructura está considerada como la corteza olfativa, por donde discurren a través del tracto olfatorio los axones de las neuronas del bulbo olfatorio que han recibido el relevo de potenciales de acción, para más allá transmitirlos hacia estructuras corticales o cuasi corticales en donde se llevan a cabo los procesos que colaboran en la percepción última y subjetiva de los olores. En la imagen siguiente podemos ver la cadena de estas estructuras interconectadas situadas en la parte interior del lóbulo temporal, por debajo de los emocionales núcleos amigdalinos y del hipocampo. Se tratan del tubérculo olfativo, la corteza piriforme y la corteza etorrinal.

Dibujo de la base del cerebro en el que se ha resaltado el sistema olfatorio. En el bulbo y tracto olfativos se encuentran las neuronas n2, cuya mayoría proyectan sus axones a la corteza olfativa primaria (en verde) o al cerebro límbico (amígdala) sin pasar por el tálamo. En rojo las funciones de las cortezas (imagen modificada del libro Neuroscience, D. Purves et al., 2012, fair use)

Desde estas cortezas filogenéticamente antiguas se proyectan axones hacia otras más antiguas aún, como el hipocampo al que se accede vía la corteza etorrinal, y hacia otras más modernas del neocórtex, como es la orbitofrontal, justo encima de los ojos, que se lleva a cabo a través de la corteza piriforme. Y cómo no, al igual que otras muchas corrientes de información sensorial, también llegan al conjunto de estructuras del tálamo, nuestro registrador de entradas favorito. En conjunto encontramos algo así como tres subsistemas olfativos. Podemos imaginar (I) que en la corteza etorrinal,  junto con una más antigua corteza vecina -el hipocampo-, encontraremos la elaboración de la reminiscencia del primitivo servicio de alertas con el que se inició el olfato al permitir fijar los recuerdos olorosos en el tiempo. Un segundo subsistema (II) lo conformará la corteza piriforme junto también a próximas estructuras cerebrales, tales como la corteza insular, el claustro de los ganglios basales y otros núcleos relacionados, que llevarán a cabo la integración de la información olfatoria. También será la piriforme la que con el neocórtex encontrará la integración del olor con otras sensaciones, lo que nos va a proporcionar la experiencia refinada hedónica del gusto y el placer del sabor. A través de las realimentaciones tálamo-corteza, las señales olfativas se relacionan con una red neuronal muy extensa, prácticamente todo el córtex frontal, que interviene de manera capital en la toma de decisiones y en las consiguientes órdenes ejecutivas. Entendemos así por qué los olores condicionan nuestro comportamiento con tanta fuerza, que además están muy imbricados con nuestro mundo emocional a través del tercer subsistema (III) al relacionarse la corteza olfativa del tubérculo con el mundillo emocional de la amígdala y su servidor, el hipotálamo, implementando un procedimiento de alertas irracionales y rápidas -”ojo, este alimento puede ser dañino, preparemos el cuerpo para el combate“-, anteriores al posible análisis racional más lento del neocórtex.

Con esta visión funcional del escenario que se monta el cerebro “narrador” acabamos nuestro viaje por el mundo fisiológico y anatómico del sentido del olfato. Todo comenzó a partir de una serie de sustancias químicas, navegantes aéreas, excitando a ciertas proteínas que se encuentran en las membranas de unas neuronas inmersas en la mucosidad nasal. Todo muy prosaico. Como los potenciales de acción que provocan, todos ellos iguales. No parece que el tema se eleve demasiado. Potenciales que llegan a amasijos de neuronas dentro del cráneo, a las que les gusta -menos mal- trabajar coordinadas. Suena tan ilustre como la vida de un hormiguero. Y, sin embargo, este poco elevado marasmo es el que nos impulsa irremisiblemente, aún en contra de nuestras voluntades más firmes, hacia el interior de la pastelería delante de cuya puerta estamos transitando a las ocho de la mañana. El 2,3-butadion de la mantequilla o el Furan-2-ylmethanethiol del café nos han dado una lección de humildad. Su nombre suena asqueroso, pero… qué ricos nos los disfraza el cerebro. Aunque todo pueda ser un poco más complejo, ya que a esta hora temprana puede que sólo piense en la inmediata reunión que ha propuesto mi jefe… ni butadión, ni furán, ni nada… la percepción olorosa es extremadamente sensible a la propuesta emocional que el cerebro nos construye en cada momento. Lo cual complica más el conocimiento de este sentido, de tal forma que para algunos biólogos el olor es una percepción que se siente pero no puede ser medida. Todos estos matices nos van a llevar a preguntarnos una vez más, ahora para este sentido: ¿Hay olores por ahí afuera? Y como lo que hemos visto es que en el mundo externo sólo hay compuestos químicos, llegaremos obligatoriamente a la conclusión de que el mundo no huele y que el que “huele” es nuestro cerebro. Y no es que el sistema nervioso “huela”, es que nos propone su invención de los olores como una herramienta emocional genial para sobrevivir.

En la siguiente entrada acometeremos el análisis del segundo sistema sensorial “químico”: el gusto. Espero que sigáis en la saga.

  1. Texto aquí []
  2. Texto aquí []

Sobre el autor:

jreguart ( )

 

{ 7 } Comentarios

  1. Gravatar galo | 23/10/2017 at 11:29 | Permalink

    Jreguart, como siempre haces ameno lo que podría ser infumable , te felicito por tamaña tarea y aquí estamos siempre atentos a la siguiente entrada . y con respecto a ésta en particular . hace un tiempo leí algo acerca de que las vibraciones de las moléculas también jugaban un papel importante en el olfato , y daban incluso un ejemplo de dos que con distinta forma , pero igual vibración , daban como resultado el mismo olor . si estoy escribiendo barbaridades me corriges por favor , pero como dice el dicho : oí cantar el gallo , pero no se donde . saludos

  2. Gravatar jreguart | 24/10/2017 at 08:42 | Permalink

    Hola Galo,

    Gracias por tu aportación. La teoría del olor por causa del estado de vibración de las moléculas odoríficas está ahí. Y parece que funciona. Aunque el mundo de la ciencia esté en su mayoría decantado en la teoría del encaje de forma entre odorante y proteína expresada en las neuronas del sistema del olor. Te mando un enlace a una Ted talk del padre de la idea, Luca Turin, en donde explica su teoría de forma amena. https://www.ted.com/talks/luca_turin_on_the_science_of_scent/transcript?language=es#t-937228

    Yo no sé si Turin tendrá razón o no, los expertos lo dirán. De todas formas si te das cuenta la incertidumbre entre una teoría u otra, que no veo en absoluto incompatibles, está presente en un sólo punto de la cadena de generación de la percepción de sonidos -la llave que inicia el proceso-. Y aunque es un detalle fisiólogico apasionante te he de confesar que lo que realmente me fascina es su proceso neuronal. Hasta la próxima… y de nuevo… gracias por tus elogios.

  3. Gravatar franco | 24/10/2017 at 02:55 | Permalink

    interesante el tema de las frecuencias . quiere decir entonces que el receptor puede hacer contacto positivo (por decirlo de alguna forma) por forma y por sintonía de frecuencias con dos moléculas distintas dando el mismo resultado? , y que aunque las formas no sean compatibles entre odorante y receptor , aquello no es obstaculo siempre y cuando haya sintonía en las frecuencias ? me quedó esa duda . de todas formas como bien dices el recorrido entre posta y posta y el encuentro y relación con sistemas como el límbico y finalmente con el neocórtex nos ayuda a entender como han venido evolucionando los seres vivos como nosotros a lo largo de millones de años . y pensar que el cerebro procesa estos potenciales de acción y los convierte en lo que somos ; es de no creerlo . además uno de tanto decir mecánicamente que el cerebro esto y aquello como si éste pensara o tomara conciencia de lo que está haciendo , sin pensar que nada de ello es así y que el resultado de toda esta operativa neuronal da como resultado aquello que llamamos conciencia . un abrazo y ahora a darle una segunda lectura como corresponde.

  4. Gravatar Baldo | 24/10/2017 at 03:04 | Permalink

    al fin y al cabo todos los sistemas receptores tienen relación con el sistema límbico , ya que la memoria , las emociones y los sistemas de alerta necesitan de ellos para entregar esta información a la corteza .

  5. Gravatar jreguart | 24/10/2017 at 05:12 | Permalink

    Hola Franco,

    no he investigado el tema ese de la faceta “vibratoria” de la experiencia gustatoria. Pero tal como me lo planteo es que los dos procesos son complementarios. El de encaje llave-cerradura es evidente porque así es el comportamiento de las proteínas en el desarrollo de sus funciones. Dos moléculas, proteína cerradura y odorante llave, encajan simplemente por sus configuraciones moleculares (geometría, enlaces, campo electromagnético propio local,…). Una vez encajado ¿cómo se desencadenan las reacciones fisiológicas que van a producir una despolarización en la neurona y, por tanto, el inicio del potencial de acción? ¿Deformación de la proteína cerradura que queda constituida como canal iónico por donde entran las cargas eléctricas que generan la despolarización? ¿Inicio de la sensibilización de alguna molécula interna de la neurona como consecuencia de una deformación de la proteína cerradura, molécula que induce una cadena química o una expresión genética que favorece la inducción del potencial de acción? ¿transferencia de un electrón energético con el que se tiende a equilibrar el desfase de estado energético -vibratorio- entre las dos moléculas que interaccionan -odorante/proteína cerradura-, electron que provoca el pistoletazo de salida de los procesos anteriores? ¿Y por qué no las dos cosas a la vez, simplemente efectos electromagnéticos y/o efectos consecuentes de la natural tendencia física al equilibrio entre estados energéticos de dos moléculas enlazadas por el elctromagnetismo? No sé si lo que digo es lo que ocurre, pero no me parece un imposible.

  6. Gravatar Dino | 25/10/2017 at 05:17 | Permalink

    Jreguart, Recuerdas tu en cual de las biografías se encuentra : como se formó el cerebro? . La lectura de los sistemas receptores me lo está exigiendo. Jejeje. Gracias . Saludos

  7. Gravatar jreguart | 25/10/2017 at 09:03 | Permalink

    Hola Dino,

    creo que es eso lo que dices: https://eltamiz.com/elcedazo/2016/02/06/biografia-de-lo-humano-06-la-progresiva-encefalizacion/?preview=true&preview_id=34811&preview_nonce=dee2595920

    O bien eso: https://eltamiz.com/elcedazo/2014/03/04/la-biografia-de-la-vida-25-evolucion-de-la-notocorda-y-el-sistema-nervioso/?preview=true&preview_id=22890&preview_nonce=cbf31fee77

    Saludos

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