Científicos de Harvard crean el primer mapa detallado de receptores olfativos y desafían teorías de 30 años sobre el olfato

Un equipo de científicos de la Escuela de Medicina de Harvard ha revolucionado la comprensión del sentido del olfato al crear el primer mapa espacial detallado de los receptores olfativos, demostrando que estos sensores están organizados en patrones específicos y no distribuidos al azar como se creía desde hace 30 años, según una investigación publicada en la revista Cell.

El estudio, liderado por Sandeep Robert Datta, neurobiólogo de la Escuela de Medicina de Harvard en Boston, Massachusetts, examinó aproximadamente cinco millones de neuronas de cientos de ratones individuales para determinar la ubicación exacta de alrededor de 1.100 tipos de receptores olfativos expresados en neuronas sensoriales del epitelio olfativo, el tejido que recubre la cavidad nasal, según la fuente.

Los investigadores utilizaron secuenciación de células individuales para identificar qué receptores de olor expresaban las neuronas en la nariz, y posteriormente emplearon transcriptómica espacial para mapear dónde se expresaban genes clave. Esta metodología les permitió determinar con precisión la ubicación de los receptores y demostrar que siempre están dispuestos en franjas horizontales que recorren la nariz desde la parte superior hasta la inferior, según explicó Datta.

"Cada receptor adopta una posición particular en la nariz. Dado que hay mil posiciones en la nariz, cada receptor se expresa básicamente en una franja que se superpone con otras franjas de receptores, en mil franjas superpuestas", dijo Datta según la fuente.

El descubrimiento contradice directamente el modelo que se ha enseñado en las aulas universitarias durante tres décadas. "Durante 30 años, hemos enseñado a los estudiantes que el epitelio olfativo del ratón está dividido en un puñado de zonas amplias, dentro de las cuales la elección del receptor es esencialmente aleatoria", dijo Johan Lundström, psicólogo y neurocientífico experimental del Instituto Karolinska en Estocolmo, según Nature.

"Este es un artículo histórico que derriba uno de los modelos fundamentales de los libros de texto sobre la organización olfativa", añadió Lundström según la misma fuente.

Un segundo estudio complementario publicado simultáneamente proporciona un atlas de la expresión de receptores olfativos en el epitelio olfativo y sus conexiones neuronales con el bulbo olfativo en el cerebro, según Nature.

Los investigadores proponen que este mapeo espacial se organiza durante el desarrollo embrionario y está controlado por conjuntos de genes. El equipo descubrió que una molécula llamada ácido retinoico desempeña un papel fundamental en este proceso. Identificaron un gradiente en la cantidad de ácido retinoico presente en diferentes puntos de la nariz, y al modificar cuánto se expresaba esta molécula, demostraron que ayuda a controlar la actividad genética, guiando a cada neurona para que exprese el tipo correcto de receptor olfativo según su ubicación, según la fuente.

"Ha habido un montón de idas y venidas en el campo sobre cómo se mapea todo esto, y esto lo resuelve. Creo que realmente cambia la forma en que la gente piensa sobre el sistema olfativo y simplemente resuelve un problema enorme en el campo sobre cómo ocurre el mapeo", dijo Joel Mainland, neurocientífico olfativo del Centro Monell de Sentidos Químicos en Filadelfia, Pensilvania, según Nature.

Paralelamente, investigadores han desarrollado mapas olfativos utilizando modelos de lenguaje de gran escala (LLM, por sus siglas en inglés) para analizar el espacio olfativo, según un estudio publicado en arXiv. Este enfoque complementario calculó distancias por pares de descriptores de olores utilizando tres medidas de distancia y comparó estadísticamente estas similitudes derivadas de LLM con distancias derivadas de datos originales del conjunto de datos de Dravnieks, una base de datos de 1985 que contiene perfiles semánticos de 180 sustancias odorantes evaluadas por más de 100 panelistas, según la fuente.

Los investigadores del estudio de LLM utilizaron cuatro modelos preentrenados: GPT-4o-mini, Gemma 3:12b, Gemma 3:4b y Gemma 3:1b, y obtuvieron medidas de similitud por pares para 146 descriptores de olores y 160 nombres de olores del conjunto de evaluación de Dravnieks. Las pruebas estadísticas de Mantel revelaron correlaciones estadísticamente significativas entre las distancias por pares de Dravnieks y las similitudes derivadas de LLM, con la excepción de la distancia euclidiana por pares, según el estudio.

Los resultados demostraron que los coeficientes de correlación aumentaron con el tamaño de los parámetros del LLM, alineándose con la expectativa de que mejores capacidades de razonamiento conducen a aproximaciones más cercanas a la evaluación humana, según la fuente. El estudio aplicó este enfoque para generar un mapa olfativo de 75 aceites esenciales, demostrando que los aceites esenciales dentro del mismo grupo están ubicados cerca en el mapa olfativo, lo que sugiere que la proximidad en el mapa olfativo corresponde a la evaluación humana, según arXiv.

"A pesar del esfuerzo relativamente bajo requerido, podemos crear un mapa olfativo integral que satisface notablemente la necesidad de evaluaciones sensoriales humanas de olores de alta calidad y a gran escala", señala el estudio de arXiv.

La investigación de Harvard sobre la organización física de los receptores olfativos tiene implicaciones significativas para comprender cómo el cerebro procesa la información olfativa y podría abrir nuevas vías para tratar trastornos relacionados con la pérdida del olfato. El mapeo detallado muestra que los receptores en la nariz coinciden con los mapas de olor en el cerebro, según Ground News.

El sentido del olfato desempeña un papel crítico en proporcionar información sobre nuestro entorno, alertarnos sobre peligros potenciales, mejorar nuestro sentido del gusto y evocar emociones y recuerdos, según las fuentes. La creación de mapas olfativos detallados representa un avance significativo en la investigación sensorial y podría tener aplicaciones en el desarrollo de tecnologías de gemelos digitales, realidad virtual y creación automática de fragancias.

Los mapas olfativos a gran escala son esenciales para el progreso de la tecnología de aroma digital, según el estudio de arXiv, que señala que ha habido pocos trabajos para crear mapas olfativos a gran escala desde que apareció el conjunto de datos de Dravnieks hace más de 40 años, debido a la gran dificultad de construir mapas olfativos a gran escala cuando se realizan pruebas sensoriales físicamente.

La combinación de mapeo físico detallado de receptores olfativos y el desarrollo de mapas olfativos derivados de inteligencia artificial representa un avance dual en la comprensión y aplicación del sentido del olfato, con potencial para transformar tanto la investigación neurocientífica básica como las aplicaciones tecnológicas prácticas en el futuro.