El bulbo olfatorio ( en latín : bulbus olfactorius ) es una estructura neuronal del prosencéfalo de los vertebrados que participa en el olfato , el sentido del olfato . Envía información olfativa para que sea procesada en la amígdala , la corteza orbitofrontal (COF) y el hipocampo , donde desempeña un papel en la emoción, la memoria y el aprendizaje.
El bulbo olfatorio se divide en dos estructuras distintas: el bulbo olfatorio principal y el bulbo olfatorio accesorio. El bulbo olfatorio principal se conecta a la amígdala a través de la corteza piriforme de la corteza olfatoria primaria y se proyecta directamente desde el bulbo olfatorio principal a áreas específicas de la amígdala. El bulbo olfatorio accesorio se encuentra en la región dorsal-posterior del bulbo olfatorio principal y forma una vía paralela.
La destrucción del bulbo olfatorio produce anosmia ipsilateral , mientras que las lesiones irritativas del uncus pueden provocar alucinaciones olfativas y gustativas .
En la mayoría de los vertebrados, el bulbo olfatorio es la parte más rostral (anterior) del cerebro, como se observa en las ratas. En los humanos, sin embargo, el bulbo olfatorio está en el lado inferior (inferior) del cerebro. El bulbo olfatorio está sostenido y protegido por la lámina cribiforme del hueso etmoides , que en los mamíferos lo separa del epitelio olfatorio , y que está perforada por los axones del nervio olfatorio . El bulbo se divide en dos estructuras distintas: el bulbo olfatorio principal y el bulbo olfatorio accesorio.
El bulbo olfatorio principal tiene una arquitectura celular de múltiples capas . En orden desde la superficie hasta el centro, las capas son:
El bulbo olfatorio transmite información olfativa desde la nariz hasta el cerebro, y por lo tanto es necesario para un sentido del olfato adecuado. Como circuito neuronal , la capa glomerular recibe información directa de los nervios aferentes , compuestos por los axones de aproximadamente diez millones de neuronas receptoras olfativas en la mucosa olfatoria , una región de la cavidad nasal . Los extremos de los axones se agrupan en estructuras esféricas conocidas como glomérulos , de modo que cada glomérulo recibe información principalmente de las neuronas receptoras olfativas que expresan el mismo receptor olfativo . La capa de glomérulos del bulbo olfatorio es el primer nivel de procesamiento sináptico . [1]
La capa de glomérulos representa un mapa espacial de olores organizado por la estructura química de los odorantes , como el grupo funcional y la longitud de la cadena de carbono. Este mapa espacial se divide en zonas y grupos, que representan glomérulos similares y, por lo tanto, olores similares. Un grupo en particular está asociado con olores desagradables y a podrido que se representan por ciertas características químicas. Esta clasificación puede ser evolutiva para ayudar a identificar alimentos que ya no son buenos para comer. El mapa espacial de la capa de glomérulos puede usarse para la percepción del olor en la corteza olfativa. [2]
El siguiente nivel de procesamiento sináptico en el bulbo olfatorio ocurre en la capa plexiforme externa, entre la capa glomerular y la capa de células mitrales. La capa plexiforme externa contiene astrocitos , interneuronas y algunas células mitrales. No contiene muchos cuerpos celulares , sino principalmente dendritas de células mitrales y células granulares GABAérgicas [3] también están permeadas por dendritas de neuronas llamadas células mitrales , que a su vez emiten señales a la corteza olfativa . Existen numerosos tipos de interneuronas en el bulbo olfatorio, incluidas las células periglomerulares que hacen sinapsis dentro y entre los glomérulos, y las células granulares que hacen sinapsis con las células mitrales. La capa de células granulares es la capa más profunda del bulbo olfatorio. Está formada por células granulares dendrodendríticas que hacen sinapsis con la capa de células mitrales. [4]
Esta parte del cerebro recibe las sensaciones del olfato. Como circuito neuronal, el bulbo olfatorio tiene una fuente de entrada sensorial (axones de las neuronas receptoras olfativas del epitelio olfatorio) y una de salida (axones de las células mitrales). Como resultado, generalmente se supone que funciona como un filtro , en contraposición a un circuito asociativo que tiene muchas entradas y muchas salidas. Sin embargo, el bulbo olfatorio también recibe información "de arriba hacia abajo" de áreas cerebrales como la corteza olfativa , la amígdala , el neocórtex , el hipocampo , el locus coeruleus y la sustancia negra . [5] Sus funciones potenciales se pueden colocar en cuatro categorías no excluyentes: [ cita requerida ]
Si bien todas estas funciones podrían surgir teóricamente del diseño del circuito del bulbo olfatorio, no está claro cuáles de estas funciones, si es que alguna, son realizadas exclusivamente por el bulbo olfatorio. Por analogía con partes similares del cerebro, como la retina , muchos investigadores se han centrado en cómo el bulbo olfatorio filtra la información entrante de las neuronas receptoras en el espacio, o cómo filtra la información entrante en el tiempo. En el núcleo de estos filtros propuestos se encuentran las dos clases de interneuronas: las células periglomerulares y las células granulares. El procesamiento ocurre en cada nivel del bulbo olfatorio principal, comenzando con los mapas espaciales que categorizan los olores en la capa de glomérulos. [2]
Las interneuronas en la capa plexiforme externa responden a potenciales de acción presinápticos y exhiben potenciales postsinápticos excitatorios y potenciales postsinápticos inhibidores . La activación neuronal varía temporalmente, hay períodos de activación rápida y espontánea y modulación lenta de la activación. Estos patrones pueden estar relacionados con el olfateo o el cambio en la intensidad y concentración del odorante. [3] Los patrones temporales pueden tener efecto en el procesamiento posterior de la conciencia espacial del odorante. [ cita requerida ] Por ejemplo, los trenes de picos de células mitrales sincronizadas parecen ayudar a discriminar olores similares mejor que cuando esos trenes de picos no están sincronizados. [6] Un modelo bien conocido [7] es que el circuito neuronal bulbar transforma la información del olor en los receptores a un patrón de población de actividades oscilatorias neuronales [8] en la población de células mitrales, [7] y este patrón es luego reconocido por las memorias asociativas de objetos olfativos en la corteza olfativa. [9] [10] La retroalimentación de arriba hacia abajo desde la corteza olfativa al bulbo olfatorio modula las respuestas bulbares, de modo que, por ejemplo, el bulbo puede adaptarse a un fondo olfativo preexistente para distinguir un olor en primer plano de una mezcla de olores para su reconocimiento, [10] [11] o puede mejorar la sensibilidad a un olor objetivo durante la búsqueda de olores. [12] [10] La destrucción del bulbo olfatorio produce anosmia ipsilateral , mientras que la lesión irritativa del uncus puede producir alucinaciones olfativas y gustativas . [ cita requerida ]
Las interneuronas de la capa plexiforme externa ejercen una inhibición por retroalimentación sobre las células mitrales para controlar la propagación hacia atrás . También participan en la inhibición lateral de las células mitrales. Esta inhibición es una parte importante del olfato, ya que ayuda a la discriminación de olores al disminuir la activación en respuesta a los olores de fondo y diferenciar las respuestas de las entradas del nervio olfativo en la capa de células mitrales. [1] La inhibición de la capa de células mitrales por las otras capas contribuye a la discriminación de olores y al procesamiento de alto nivel al modular la salida del bulbo olfatorio. Estas hiperpolarizaciones durante la estimulación del olor dan forma a las respuestas de las células mitrales para hacerlas más específicas a un olor. [4]
Existe una falta de información sobre la función de la capa plexiforme interna que se encuentra entre la capa de células mitrales y la capa de células granulares. [ cita requerida ]
Las dendritas basales de las células mitrales están conectadas a interneuronas conocidas como células granulares , que según algunas teorías producen inhibición lateral entre las células mitrales. La sinapsis entre las células mitrales y granulares es de una clase rara de sinapsis que son "dendrodendríticas", lo que significa que ambos lados de la sinapsis son dendritas que liberan neurotransmisores. En este caso específico, las células mitrales liberan el neurotransmisor excitador glutamato , y las células granulares liberan el neurotransmisor inhibidor ácido gamma-aminobutírico (GABA). Como resultado de su bidireccionalidad, la sinapsis dendrodendrítica puede hacer que las células mitrales se inhiban a sí mismas (autoinhibición), así como a las células mitrales vecinas (inhibición lateral). Más específicamente, la capa de células granulares recibe señales excitadoras de glutamato de las dendritas basales de las células mitrales y en penacho. La célula granular a su vez libera GABA para causar un efecto inhibidor en la célula mitral. Se libera más neurotransmisor de la célula mitral activada a la dendrita conectada de la célula granulosa, lo que hace que el efecto inhibidor de la célula granulosa a la célula mitral activada sea más fuerte que el de las células mitrales circundantes. [4] No está claro cuál sería el papel funcional de la inhibición lateral, aunque puede estar involucrada en el aumento de la relación señal-ruido de las señales de olor al silenciar la tasa de disparo basal de las neuronas circundantes no activadas. Esto a su vez ayuda en la discriminación de olores. [1] Otras investigaciones sugieren que la inhibición lateral contribuye a las respuestas de olor diferenciadas, lo que ayuda en el procesamiento y la percepción de olores distintos. [4] También hay evidencia de efectos colinérgicos en las células granulosas que mejoran la despolarización de las células granulosas haciéndolas más excitables, lo que a su vez aumenta la inhibición de las células mitrales. Esto puede contribuir a una salida más específica del bulbo olfatorio que se parecería más al mapa de olores glomerular. [13] [14] El olfato se distingue de los demás sistemas sensoriales , ya que los receptores sensoriales periféricos tienen un relevo en el diencéfalo . Por lo tanto, el bulbo olfatorio desempeña esta función para el sistema olfativo .
En los vertebrados, el bulbo olfatorio accesorio (AOB), que se encuentra en la región dorsal-posterior del bulbo olfatorio principal, forma una vía paralela independiente del bulbo olfatorio principal. El órgano vomeronasal envía proyecciones al bulbo olfatorio accesorio [15] [16], lo que lo convierte en la segunda etapa de procesamiento del sistema olfatorio accesorio . Al igual que en el bulbo olfatorio principal, la entrada axonal al bulbo olfatorio accesorio forma sinapsis con las células mitrales dentro de los glomérulos. El bulbo olfatorio accesorio recibe entrada axonal del órgano vomeronasal , un epitelio sensorial distinto del epitelio olfatorio principal que detecta estímulos químicos relevantes para los comportamientos sociales y reproductivos, pero probablemente también odorantes genéricos. [17] Se ha planteado la hipótesis de que, para que se active la bomba vomeronasal, el epitelio olfatorio principal primero debe detectar el olor apropiado. [18] Sin embargo, aún no se ha descartado la posibilidad de que el sistema vomeronasal funcione en paralelo o independientemente de las entradas olfativas genéricas.
Las neuronas sensoriales vomeronasales proporcionan entradas excitatorias directas a las neuronas principales AOB llamadas células mitrales [19] que se transmiten a la amígdala y al hipotálamo y, por lo tanto, están directamente involucradas en la actividad de las hormonas sexuales y pueden influir en la agresividad y el comportamiento de apareamiento. [20] Los axones de las neuronas sensoriales vomeronasales expresan un tipo de receptor determinado que, a diferencia de lo que ocurre en el bulbo olfatorio principal, diverge entre 6 y 30 glomérulos AOB. Las terminaciones dendríticas de las células mitrales pasan por un período dramático de orientación y agrupamiento justo después de la unificación presináptica de los axones de las neuronas sensoriales. La conectividad de las neuronas sensorioglomerulares vomernasales con las células mitrales es precisa, y las dendritas de las células mitrales se dirigen a los glomérulos . [19] Existe evidencia contra la presencia de un bulbo olfatorio accesorio funcional en humanos y otros primates superiores. [21]
El AOB se divide en dos subregiones principales, anterior y posterior, que reciben entradas sinápticas segregadas de dos categorías principales de neuronas sensoriales vomeronasales, V1R y V2R, respectivamente. Esto parece ser una clara especialización funcional, dado el papel diferencial de las dos poblaciones de neuronas sensoriales en la detección de estímulos químicos de diferente tipo y peso molecular. Aunque no parece mantenerse centralmente, donde convergen las proyecciones de células mitrales de ambos lados del AOB. Una clara diferencia del circuito del AOB, en comparación con el resto del bulbo, es su conectividad heterogénea entre las células mitrales y las aferencias sensoriales vomeronasales dentro de los glomérulos del neuropilo. Las células mitrales del AOB efectivamente contactan a través de los procesos dendríticos apicales glomérulos formados por aferencias de diferentes neuronas receptoras, rompiendo así la regla de un receptor-una neurona que generalmente se aplica al sistema olfativo principal. Esto implica que los estímulos percibidos a través del OVN y elaborados en el AOB están sujetos a un nivel de elaboración diferente y probablemente más complejo. En consecuencia, las células mitrales del AOB muestran patrones de activación claramente diferentes en comparación con otras neuronas de proyección bulbar. [22] Además, la entrada descendente al bulbo olfatorio afecta de manera diferencial las salidas olfativas. [23]
El bulbo olfatorio envía información olfativa para que se procese más en la amígdala , la corteza orbitofrontal (COF) y el hipocampo , donde desempeña un papel en la emoción, la memoria y el aprendizaje. El bulbo olfatorio principal se conecta a la amígdala a través de la corteza piriforme de la corteza olfativa primaria y se proyecta directamente desde el bulbo olfatorio principal a áreas específicas de la amígdala. [24] La amígdala pasa información olfativa al hipocampo . La corteza orbitofrontal, la amígdala, el hipocampo, el tálamo y el bulbo olfatorio tienen muchas interconexiones directas e indirectas a través de las cortezas de la corteza olfativa primaria. Estas conexiones son indicativas de la asociación entre el bulbo olfatorio y áreas superiores de procesamiento, específicamente aquellas relacionadas con la emoción y la memoria. [24]
El aprendizaje asociativo entre olores y respuestas conductuales tiene lugar en la amígdala . Los olores sirven como reforzadores o castigadores durante el proceso de aprendizaje asociativo; los olores que se producen con estados positivos refuerzan la conducta que resultó en el estado positivo, mientras que los olores que se producen con estados negativos hacen lo contrario. Las señales de olor son codificadas por neuronas en la amígdala con el efecto conductual o la emoción que producen. De esta manera, los olores reflejan ciertas emociones o estados fisiológicos. [25] Los olores se asocian con respuestas agradables y desagradables, y eventualmente el olor se convierte en una señal y puede causar una respuesta emocional. Estas asociaciones de olores contribuyen a estados emocionales como el miedo. Las imágenes cerebrales muestran que la activación de la amígdala se correlaciona con olores agradables y desagradables, lo que refleja la asociación entre olores y emociones. [25]
El hipocampo también ayuda a la memoria olfativa y al aprendizaje. En el hipocampo se producen varios procesos de memoria olfativa. De forma similar al proceso de la amígdala, un olor se asocia con una recompensa particular, es decir, el olor de la comida con la recepción de sustento. [26] El olor en el hipocampo también contribuye a la formación de la memoria episódica ; los recuerdos de eventos en un lugar o momento específico. El momento en el que se activan ciertas neuronas en el hipocampo está asociado por las neuronas con un estímulo como un olor. La presentación del olor en un momento diferente puede provocar el recuerdo del recuerdo, por lo tanto, el olor ayuda a recordar los recuerdos episódicos. [26]
En los vertebrados inferiores (lampreas y peces teleósteos), los axones de las células mitrales (neuronas olfativas principales) se proyectan exclusivamente al hemisferio derecho de la habénula de manera asimétrica. Se ha informado que la habénula dorsal (Hb) es asimétrica funcionalmente y las respuestas olfativas predominan en el hemisferio derecho. También se ha demostrado que las neuronas Hb son espontáneamente activas incluso en ausencia de estimulación olfativa. Estas neuronas Hb espontáneamente activas están organizadas en grupos funcionales que se propuso que regulan las respuestas olfativas. (Jetti, SK. et al. 2014, Current Biology)
Otra evidencia del vínculo entre el bulbo olfatorio y la emoción y la memoria se muestra a través de modelos de depresión animal . La eliminación del bulbo olfatorio en ratas causa efectivamente cambios estructurales en la amígdala y el hipocampo y cambios de comportamiento similares a los de una persona con depresión. Los investigadores utilizan ratas con bulbectomías olfativas para investigar antidepresivos. [27] La investigación ha demostrado que la eliminación del bulbo olfatorio en ratas conduce a la reorganización de las dendritas , al crecimiento celular interrumpido en el hipocampo y a una disminución de la neuroplasticidad en el hipocampo. Estos cambios hipocampales debidos a la eliminación del bulbo olfatorio están asociados con cambios de comportamiento característicos de la depresión, lo que demuestra la correlación entre el bulbo olfatorio y la emoción. [28] El hipocampo y la amígdala afectan la percepción de los olores. Durante ciertos estados fisiológicos como el hambre, un olor a comida puede parecer más agradable y gratificante debido a las asociaciones en la amígdala y el hipocampo del estímulo del olor a comida con la recompensa de comer. [25]
La información olfativa se envía a la corteza olfatoria primaria, donde se envían proyecciones a la corteza orbitofrontal . La OFC contribuye a esta asociación olor-recompensa, así como también evalúa el valor de una recompensa, es decir, el valor nutricional de un alimento. La OFC recibe proyecciones de la corteza piriforme , la amígdala y las cortezas parahipocampales. [25] Las neuronas en la OFC que codifican información de recompensa de alimentos activan el sistema de recompensa cuando son estimuladas, asociando el acto de comer con la recompensa. La OFC se proyecta además a la corteza cingulada anterior , donde desempeña un papel en el apetito. [29] La OFC también asocia olores con otros estímulos, como el gusto. [25] La percepción y discriminación de olores también involucran a la OFC. El mapa espacial de olores en la capa de glomérulos del bulbo olfatorio puede contribuir a estas funciones. El mapa de olores comienza a procesar la información olfativa organizando espacialmente los glomérulos. Esta organización ayuda a las cortezas olfativas en sus funciones de percepción y discriminación de olores. [2]
El bulbo olfatorio es, junto con la zona subventricular y la zona subgranular del giro dentado del hipocampo, una de las tres únicas estructuras del cerebro que se observa que experimentan neurogénesis continua en los mamíferos adultos. [ cita requerida ] En la mayoría de los mamíferos, las nuevas neuronas nacen de células madre neurales en la zona subventricular y migran rostralmente hacia los bulbos olfatorios principal [30] y accesorio [31] . Dentro del bulbo olfatorio, estos neuroblastos inmaduros se desarrollan en interneuronas de células granulares completamente funcionales e interneuronas de células periglomerulares que residen en la capa de células granulares y las capas glomerulares, respectivamente. Los axones de las neuronas sensoriales olfativas que forman sinapsis en los glomérulos del bulbo olfatorio también son capaces de regenerarse después del recrecimiento de una neurona sensorial olfativa que reside en el epitelio olfatorio. A pesar del recambio dinámico de los axones sensoriales y las interneuronas, las neuronas de proyección (neuronas mitrales y en penacho) que forman sinapsis con estos axones no son estructuralmente plásticas. [ cita requerida ]
La función de la neurogénesis adulta en esta región sigue siendo un tema de estudio. La supervivencia de las neuronas inmaduras cuando entran en el circuito es muy sensible a la actividad olfativa y, en particular, a las tareas de aprendizaje asociativo. Esto ha llevado a la hipótesis de que las nuevas neuronas participan en los procesos de aprendizaje. [32] No se ha observado ningún efecto conductual definitivo en los experimentos de pérdida de función, lo que sugiere que la función de este proceso, si es que está relacionada con el procesamiento olfativo, puede ser sutil. [ cita requerida ]
El lóbulo olfatorio es una estructura del prosencéfalo de los vertebrados que participa en el olfato o sentido del olfato. La destrucción del bulbo olfatorio produce anosmia ipsilateral .
Comparando la estructura del bulbo olfatorio entre especies de vertebrados, como la rana leopardo y el ratón de laboratorio , se revela que todos ellos comparten la misma disposición fundamental (cinco capas que contienen los núcleos de tres tipos principales de células; ver "Anatomía" para más detalles), a pesar de ser diferentes en forma y tamaño. Una estructura similar es compartida por el centro olfatorio análogo en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster , el lóbulo antenal . Una posibilidad es que la estructura del bulbo olfatorio de los vertebrados y del lóbulo antenal de los insectos puedan ser similares porque contienen una solución óptima a un problema computacional experimentado por todos los sistemas olfativos y por lo tanto pueden haber evolucionado independientemente en diferentes filos – un fenómeno generalmente conocido como evolución convergente . [33] [34]
"El aumento del tamaño del cerebro en relación con el tamaño del cuerpo ( encefalización ) está íntimamente relacionado con la evolución humana. Sin embargo, dos linajes evolutivos genéticamente diferentes, los neandertales y los humanos modernos , han producido especies humanas con cerebros igualmente grandes. Por lo tanto, la comprensión de la evolución del cerebro humano debe incluir la investigación de la reorganización cerebral específica, posiblemente reflejada por cambios en la forma del cerebro. Aquí explotamos la integración del desarrollo entre el cerebro y su base esquelética subyacente para probar hipótesis sobre la evolución del cerebro en Homo . Los análisis morfométricos geométricos tridimensionales de la forma endobasicraneal revelan detalles previamente no documentados de los cambios evolutivos en Homo sapiens . Los bulbos olfatorios más grandes, la corteza orbitofrontal relativamente más ancha, los polos del lóbulo temporal relativamente aumentados y proyectados hacia adelante parecen exclusivos de los humanos modernos. Esta reorganización cerebral, además de las consecuencias físicas para la forma general del cráneo, podría haber contribuido a la evolución de las capacidades sociales y de aprendizaje de H. sapiens , en las que las funciones olfativas superiores y sus implicaciones cognitivas y neurológicas conductuales podrían haber sido factores subestimados hasta ahora". [35]
