Nueva técnica de ultrasonidos permite ver como "huele" el cerebro

Una nueva técnica de imágenes por ultrasonido ha proporcionado la primera visualización in vivo de la actividad de la corteza piriforme de ratas, durante la percepción del olor.

Esta estructura cerebral profunda juega un papel importante en el olfato pero, hasta ahora, había resultado inaccesible para el registro de imágenes. La investigación arroja nueva luz asimismo sobre el aún poco conocido funcionamiento del sistema olfativo, y en particular sobre cómo se procesa la información olfativa en el cerebro.

En el estudio han participado científicos del Instituto Langevin (CNRS / INSERM / ESPCI ParisTech / UPMC / Université Paris Diderot) y del Laboratoire Imagerie et Modélisation en Neurobiologie et Cancérologie (CNRS / Université Paris Diderot Paris-Sud/Université) de Francia.

Mirando en lo más profundo del cerebro

¿Cómo puede la percepción de los sentidos ayudarnos a representar el entorno exterior? ¿Cómo puede el cerebro procesar la información oflativa, procedente de alimentos o perfumes?

Aunque ya se conocía bien la organización del sistema olfatorio -similar en múltiples organismos, desde insectos a mamíferos - su funcionamiento sigue resultando poco claro aún. Para tratar de comprenderlo, los científicos centraron su análisis en dos estructuras del cerebro vinculadas al olfato: el bulbo olfatorio y la corteza piriforme.

En las ratas, el bulbo olfatorio está situado entre los ojos, justo detrás del hueso nasal. La corteza piriforme, por su parte, está profundamente arraigada en el cerebro de los roedores, una ubicación que, hasta ahora, había hecho imposible la obtención de imágenes en vivo de ella.

Pero una técnica de imágenes de ultrasonido neurofuncional desarrollada por el equipo de científicos franceses -con Mickael Tanter e Hirac Gurden a la cabeza- ha cambiado esta situación. Bautizada como fUS (Ultrasonido funcional), la tecnología permite la monitorización de la actividad neuronal en dicha corteza.

Características técnicas

Según informa el CNRS en un comunicado, la técnica se basa en la transmisión de ondas planas de ultrasonidos por el tejido cerebral.

Tras el procesamiento de datos, los ecos devueltos por las estructuras atravesadas por dichas ondas pueden proporcionar imágenes con una resolución espacial y temporal sin igual: 80 micrómetros y unas pocas decenas de milisegundos.

El contraste de las imágenes se debe a las variaciones en el flujo sanguíneo del cerebro. De hecho, la actividad de las células nerviosas requiere un aporte de energía; por lo que está vinculada a una afluencia de sangre en la zona en cuestión.

Mediante el registro de las variaciones de volumen de los vasos sanguíneos que riegan las diferentes estructuras del cerebro, por tanto, es posible determinar la ubicación de las neuronas activadas.

Varias técnicas de imagen, como la resonancia magnética, ya se basan en la relación entre el volumen de la sangre y la actividad neuronal. Pero, de nuevo según el CNRS, la técnica fUS ofrece ventajas en términos de coste, facilidad de uso y resolución. Además, posibilita el acceso a estructuras más profundas, que se encuentran varios centímetros por debajo del cráneo.

Hallazgos realizados

Las grabaciones realizadas por el equipo francés con esta técnica han permitido observar la distribución espacial de la actividad en el bulbo olfatorio.

Cuando se percibe un olor, el volumen de sangre aumenta en zonas claramente definidas: por lo que cada olor se corresponde a un patrón específico de neuronas activadas.

Por otra parte, las imágenes obtenidas revelaron por primera vez una ausencia de distribución espacial en la corteza piriforme. En este nivel, dos olores diferentes dieron lugar a la misma activación en toda la región.

Los mecanismos celulares responsables de la desaparición de un patrón o "huella" espacial aún no están claramente definidos, pero estos hallazgos propician la formulación de diversas hipótesis.

Por ejemplo, podría ser que la corteza piriforme fuera una estructura que sirve no solo para procesar los estímulos olfatorios sino también para integrar y albergar memoria de diferentes tipos de datos.

Al hacer abstracción de los estrictos patrones inducidos por cada olor, sería posible que esta región hiciera asociaciones para dar lugar a un concepto global. Así, a partir de la percepción de los cientos de moléculas odorantes que hay en el café, la corteza piriforme podría reconocer un solo olor: el del café.

Este trabajo abre nuevas perspectivas tanto para la formación de imágenes como para la neurobiología, concluye el comunicado del CNRS. Los investigadores ahora se centrarán en el análisis de los efectos del aprendizaje sobre la actividad cortical, con el fin de dilucidar su función, así como en nuevas características específicas del sistema olfativo.

Referencia bibliográfica:

B.F. Osmanski, C. Martin, G. Montaldo, P. Lanièce, F. Pain, M. Tanter, H. Gurden. Functional ultrasound imaging reveals different odor-evoked patterns of vascular activity in the main olfactory bulb and the anterior piriform cortex. NeuroImage (2014). DOI: 10.1016/j.neuroimage.2014.03.054.