Cosa succede quando annusiamo una rosa? In che modo il nostro cervello elabora l’essenza della sua fragranza? È come un dipinto, un’istantanea dell’attività tremolante delle cellule, catturata in un momento? O come una sinfonia, un insieme in evoluzione di cellule diverse che lavorano insieme per catturare il profumo? Una nuova ricerca suggerisce che il nostro cervello fa entrambe le cose.

“Questi risultati rivelano un principio fondamentale del sistema nervoso, la flessibilità nei tipi di calcoli che il cervello fa per rappresentare gli aspetti del mondo sensoriale“, ha dichiarato Krishnan Padmanabhan, Ph.D., professore associato di Neuroscienze e autore senior dello studio recentemente pubblicato su Cell Reports. “Il nostro lavoro fornisce agli scienziati nuovi strumenti per quantificare e interpretare i modelli di attività del cervello“.

I ricercatori hanno sviluppato un modello per simulare il funzionamento del sistema olfattivo precoce, la rete su cui il cervello si basa per sentire gli odori.

Utilizzando simulazioni al computer, hanno scoperto che una serie specifica di connessioni, chiamate fibre centrifughe, che trasportano impulsi da altre parti del sistema nervoso centrale alle prime regioni sensoriali del cervello, svolge un ruolo critico. Queste fibre centrifughe agiscono come un interruttore, alternando diverse strategie per rappresentare efficacemente gli odori.

Quando le fibre centrifughe erano in uno stato, le cellule della corteccia piriforme – dove si forma la percezione di un odore – si basavano sul modello di attività in un determinato istante. Quando le fibre centrifughe erano nell’altro stato, le cellule della corteccia piriforme hanno migliorato sia l’accuratezza sia la velocità con cui le cellule hanno rilevato e classificato l’odore, basandosi sui modelli di attività cerebrale nel tempo.

Questi processi suggeriscono che il cervello ha risposte multiple per rappresentare un odore. In una strategia, il cervello utilizza un’istantanea, come un dipinto o una fotografia, in un determinato momento per catturare le caratteristiche essenziali dell’odore. Nell’altra strategia, il cervello tiene traccia dei modelli in evoluzione. È attento a quali cellule si accendono e si spengono e quando, come in una sinfonia.

I modelli matematici sviluppati dai ricercatori evidenziano la caratteristica critica del sistema nervoso: non solo la diversità in termini di componenti che costituiscono il cervello, ma anche il modo in cui questi componenti lavorano insieme per aiutare il cervello a sperimentare il mondo dell’olfatto.

“Questi modelli matematici rivelano aspetti critici del funzionamento del sistema olfattivo del cervello e potrebbero aiutare a costruire sistemi di calcolo artificiale ispirati al cervello“, ha detto Padmanabhan. “Approcci computazionali ispirati ai circuiti cerebrali come questo hanno il potenziale di migliorare la sicurezza delle auto a guida autonoma o di aiutare gli algoritmi di visione computerizzata a identificare e classificare più accuratamente gli oggetti in un’immagine“.

Tra gli altri autori figura Zhen Chen dell’Università di Rochester. La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health, dalla National Science Foundation, dalla Cystinosis Research Foundation e dal Del Monte Institute Pilot Program.