Vetenskapen hittar "Google Maps" i näsan: hemligheten till att en gång för alla förstå luktsinnet

Vi har vetat i decennier hur det vi ser, det vi hör och det vi rör fungerar. Vetenskapen har kartlagt dessa sinnen i ett sekel, så att varje sensorisk signal har en känd riktning, en väg som spåras från organet till hjärnan. Ett par exempel: den här kartan över näthinnan eller den här över snäckan.

Det fanns ett väntande ämne: lukt. Inte för att ingen hade letat efter det utan för att luktsystemet har en enorm komplexitet: mer än tusen olika typer av receptorer och tjugo miljoner neuroner i näsan på en mus. Ett biologiskt kaos som ett forskarteam från Harvard har lyckats rita en karta för.

Vad kartan säger. Det vetenskapliga teamet har upptäckt att luktneuroner inte distribueras slumpmässigt i näshålan, utan snarare bildar en rumslig kod baserad på överlappande ränder organiserade efter typen av receptor och fördelade från toppen till botten av näsan. Detta mönster är praktiskt taget identiskt i alla de studerade djuren, så det är en bevarad och reproducerbar biologisk arkitektur.

Det mest överraskande är att detta bandarrangemang är en spegel av kartan över luktlöken i hjärnan. Det vill säga, det finns topografisk kontinuitet: positionen för en neuron i näsan bestämmer exakt vilket område av hjärnan den kommer att skicka sin signal till. Det betyder att hjärnan "läser" lukter delvis baserat på den geografiska placeringen av cellen som upptäckte molekylen.

Håvard Varför det spelar roll. Eftersom det är den saknade biten för att förstå neuroplasticitet och regenerering av lukt. I praktiken, eftersom luktförlusten för närvarande saknar effektiva behandlingar: genom att känna till systemets ursprungliga design kan forskarna nu förstå varför anslutningar misslyckas efter trauma eller en virusinfektion, något som COVID-19 avslöjade.

Om systemets arkitektur inte förstås går regenereringen blint. Som Sandeep Robert Datta, neurobiolog vid Harvards Blavatnik Institute och huvudforskare av tidningen, påpekar, utan att förstå denna karta, är försök att utveckla nya behandlingar dömda att misslyckas. I Xataka Det finns fler och fler experter/guruer som är besatta av att "andas väl": fördelarna, myterna och skadorna med att lära sig att andas genom näsan Kontext.

Däggdjursdoft är ett komplext system. När det gäller musen har den 20 miljoner luktneuroner, som var och en uttrycker en av mer än tusen olika typer av receptorer. För att få en uppfattning stöds människans färgseende endast av tre typer av fotoreceptorer.

Denna komplexitet innebar att vetenskapen under decennier tenderade att associera fördelningen av receptorer slumpmässigt. Linda Buck och Richard Axels upptäckt av luktreceptorer 1991 gav dem Nobelpriset i medicin 2004, men det berättade för oss vad som upptäckte lukter, inte var eller hur de var organiserade. Den goda nyheten är att med framsteg inom molekylärbiologi idag är det möjligt att analysera enskilda celler i sin ursprungliga position med hjälp av tekniker som rumslig transkriptomik.

Hur de har gjort det. Harvard-teamet analyserade cirka 5,5 miljoner neuroner från mer än 300 möss genom att kombinera två tekniker: encellssekvensering för att veta vilken receptor varje neuron uttrycker och rumslig transkriptomik för att veta exakt var den är belägen i vävnaden. Studien identifierade också mekanismen som bygger denna karta: retinsyra.

Genom att manipulera retinsyrans kemiska gradienter under embryonal utveckling, observerade de att ränderna på dessa receptorer skiftade, vilket bekräftar att denna syra fungerar som en slags molekylär GPS som talar om för varje neuron var den ska placera sig och vilken receptor som ska uttryckas.

Ja, men. Den första stora begränsningen av studien är uppenbar: den gjordes på möss, så som forskargruppen själva erkänner, vet de fortfarande inte om samma organisation gäller för människor. Även om luktsystemet hos däggdjur till största delen är bevarat, har människor betydligt färre funktionella receptorer (ungefär 350 jämfört med mer än 1 000 hos musen) och en annan nasal anatomi, så förekomsten av dessa ränder hos människor behöver fortfarande valideras experimentellt.

Dessutom, även om kartan förklarar var, förklarar den fortfarande inte helt varför den specifika ordningen. Vi vet inte om ränderna är grupperade efter lukternas kemiska struktur eller efter deras biologiska relevans, till exempel lukten av mat kontra lukter av fara. Att lösa vilken logik som följer den ordern är nästa stora utmaning.

I Xataka | Vi har undrat i decennier varför neandertalarna dog ut. Så vi studerar hans näsa i Xataka | Näsremsor är tillbaka på modet inom sport. Vetenskapen har redan fällt dom över dem Omslag | Angela Roma och Datta Lab