Investigadores de la UB y del IBEC determinan cómo trabaja el sistema olfativo de los mamíferos para reproducirlo mediante narices electrónicas
El sentido del olfato de los mamíferos es un sistema de detección química excelente que sobrepasa de mucho cualquier reproducción que sea obra humana. Hace mucho tiempo que los investigadores intentan analizar y recrear el sistema olfativo animal para desarrollar narices artificiales. Ahora, un estudio llevado a cabo por los profesores del Departamento de Electrónica de la UB Santiago Marco, Agustín Gutiérrez Gálvez y Jordi Fonollosa, que también son investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) —vinculado al HUBc, el campus de la salud de la UB—, presenta nuevos descubrimientos sobre este sistema tan eficiente que permitirían la creación de sistemas de detección química más precisos. Los resultados podrían tener aplicaciones importantes en áreas tan esenciales como la salud, la seguridad o la industria alimentaria.
El sentido del olfato de los mamíferos es un sistema de detección química excelente que sobrepasa de mucho cualquier reproducción que sea obra humana. Hace mucho tiempo que los investigadores intentan analizar y recrear el sistema olfativo animal para desarrollar narices artificiales. Ahora, un estudio llevado a cabo por los profesores del Departamento de Electrónica de la UB Santiago Marco, Agustín Gutiérrez Gálvez y Jordi Fonollosa, que también son investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) —vinculado al HUBc, el campus de la salud de la UB—, presenta nuevos descubrimientos sobre este sistema tan eficiente que permitirían la creación de sistemas de detección química más precisos. Los resultados podrían tener aplicaciones importantes en áreas tan esenciales como la salud, la seguridad o la industria alimentaria.
En el trabajo, publicado en la revista PloS ONE, los investigadores han estudiado cómo se codifica y se procesa la información química del sistema olfativo de los mamíferos. Para ello, analizaron el rendimiento del sistema olfativo periférico de las ratas al identificar los tipos de estímulos entrantes —es decir, la capacidad de detectar y distinguir olores diferentes— e hicieron un análisis de los resultados cuantificando el número de olores que podían ser codificados por un conjunto particular de receptores olfativos (RO) del sistema.
«Las neuronas RO en el sistema son de diversos tipos y están distribuidas por el epitelio nasal de manera compleja. Además, según la especie, hay RO de más o menos tipos. Por ejemplo, en los humanos son de 387 tipos diferentes, en los ratones, de 1.035 tipos», explica Santiago Marco, responsable del Grupo de Olfacción Artificial del IBEC. «Observamos qué papel tenía esta diversidad y cuál era el número total de receptores en la codificación de la información química», indica el experto.
La investigación previa mostró que un sistema olfativo particular se adapta a las propiedades estadísticas del conjunto de sustancias químicas a las que se ve expuesto. Esto implicó un gran trabajo de mapeo sistemático, debido al gran número de receptores que tienen las ratas y a la enorme cantidad de ligandos potenciales. También se estudió la capacidad de distinguir olores, dependiendo de la distribución, y la correlación entre receptores. Por otra parte, en lugar de utilizar modelos teóricos simplificados, se utilizaron datos reales del bulbo olfatorio procedentes de una extensa base de datos proporcionada por la Universidad de California Irvine.
«Descubrimos que el rendimiento óptimo corresponde a un conjunto de receptores con un alcance de recepción del 50 %, así que los RO no son particularmente selectivos», indica Marco. Según el investigador, el sistema biológico tiene una correlación o solapamiento de los sensores notablemente baja, y una buena cobertura del espacio olfativo. En el caso de sensores con baja correlación, añadir más al conjunto maximiza la capacidad de codificación del sistema.
A partir de ahí, los investigadores suponen que la biología ha evolucionado hacia una combinación de sensores más selectivos para los olores críticos y una colección de sensores menos selectivos para cubrir áreas más grandes del espacio olfativo. Un caso extremo de este impulso evolutivo es la presencia de sensores altamente específicos para detectar feromonas. «Esta mejor comprensión de la codificación de los olores en la olfacción puede ofrecer informaciones valiosas para diseñar sistemas de olfacción artificial multiusos. Por ejemplo, antes se creía que los sensores químicos no son lo suficientemente selectivos, pero nuestro estudio muestra que quizás la selectividad no es el parámetro más relevante », apunta Marco.
Artículo: Jordi Fonollosa, Agustín Gutiérrez Gálvez y Santiago Marco. «Quality coding by neural populations in the early olfactory pathway: analysis using information theory and lessons for artificial olfactory system». PLoS ONE, en prensa. Doi: 10.1371/journal.pone.0037809.g008.