Questa parte del cervello riceve le sensazioni dell’odore. Come circuito neurale, il bulbo olfattivo ha una fonte di input sensoriale (assoni dei neuroni recettori olfattivi dell’epitelio olfattivo) e un output (assoni delle cellule mitrali). Di conseguenza, si presume generalmente che funzioni come un filtro, al contrario di un circuito associativo che ha molti ingressi e molte uscite. Tuttavia, il bulbo olfattivo riceve anche informazioni “top-down” da aree cerebrali come l’amigdala, la neocorteccia, l’ippocampo, il locus coeruleus e la substantia nigra.Le sue potenziali funzioni possono essere collocate in quattro categorie non esclusive:
- discriminare tra gli odori
- aumentare la sensibilità della rilevazione degli odori
- filtrare molti odori di fondo per migliorare la trasmissione di pochi odori selezionati
- permettere alle aree cerebrali superiori coinvolte nell’eccitazione e nell’attenzione di modificare la rilevazione o la discriminazione degli odori.
Mentre tutte queste funzioni potrebbero teoricamente derivare dal layout del circuito del bulbo olfattivo, non è chiaro quali di queste funzioni siano svolte esclusivamente dal bulbo olfattivo. Per analogia con parti simili del cervello come la retina, molti ricercatori si sono concentrati su come il bulbo olfattivo filtra le informazioni in arrivo dai neuroni recettori nello spazio, o come filtra le informazioni in arrivo nel tempo. Al centro di questi filtri proposti ci sono due classi di interneuroni: le cellule periglomerulari e le cellule del granulo. L’elaborazione avviene ad ogni livello del bulbo olfattivo principale, a partire dalle mappe spaziali che categorizzano gli odori nello strato dei glomeruli.
Gli interneuroni nello strato plessiforme esterno rispondono a potenziali d’azione presinaptici e mostrano sia potenziali postsinaptici eccitatori che potenziali postsinaptici inibitori. Lo sparo neurale varia temporalmente, ci sono periodi di sparo veloce e spontaneo e una lenta modulazione dello sparo. Questi modelli possono essere legati al fiuto o al cambiamento di intensità e concentrazione dell’odorante. I modelli temporali possono avere effetto nella successiva elaborazione della consapevolezza spaziale dell’odore. Per esempio, i treni di spike delle cellule mitrali sincronizzati sembrano aiutare a discriminare odori simili meglio di quando quei treni di spike non sono sincronizzati. La distruzione del bulbo olfattivo provoca anosmia omolaterale, mentre la lesione irritativa dell’uncus può provocare allucinazioni olfattive e gustative.
Inibizione lateraleModifica
Strato plessiforme esterno
Gli interneuroni dello strato plessiforme esterno eseguono un’inibizione di feedback sulle cellule mitrali per controllare la propagazione posteriore. Partecipano anche all’inibizione laterale delle cellule mitrali. Questa inibizione è una parte importante dell’olfatto in quanto aiuta nella discriminazione degli odori diminuendo la cottura in risposta agli odori di fondo e differenziando le risposte degli input dei nervi olfattivi nello strato delle cellule mitrali. L’inibizione dello strato delle cellule mitrali da parte degli altri strati contribuisce alla discriminazione degli odori e all’elaborazione di livello superiore modulando l’uscita dal bulbo olfattivo. Queste iperpolarizzazioni durante la stimolazione degli odori modellano le risposte delle cellule mitrali per renderle più specifiche per un odore.
Mancano informazioni sulla funzione dello strato plessiforme interno che si trova tra lo strato delle cellule mitrali e lo strato delle cellule di granulo.
Strato delle cellule di granulo
I dendriti basali delle cellule mitrali sono collegati a interneuroni noti come cellule di granulo, che secondo alcune teorie producono un’inibizione laterale tra le cellule mitrali. La sinapsi tra le cellule mitrali e le cellule del granulo è di una rara classe di sinapsi che sono “dendro-dendritiche”, il che significa che entrambi i lati della sinapsi sono dendriti che rilasciano neurotrasmettitore. In questo caso specifico, le cellule mitrali rilasciano il neurotrasmettitore eccitatorio glutammato, e le cellule del granulo rilasciano il neurotrasmettitore inibitorio acido gamma-aminobutirrico (GABA). Come risultato della sua bi-direzionalità, la sinapsi dendro-dendritica può indurre le cellule mitrali a inibire se stesse (auto-inibizione), così come le cellule mitrali vicine (inibizione laterale). Più specificamente, lo strato delle cellule del granulo riceve segnali eccitatori di glutammato dai dendriti basali delle cellule mitrali e del ciuffo. La cellula del granulo a sua volta rilascia GABA per causare un effetto inibitorio sulla cellula mitrale. Viene rilasciato più neurotrasmettitore dalla cellula mitrale attivata al dendrite collegato della cellula del granulo, rendendo l’effetto inibitorio dalla cellula del granulo alla cellula mitrale attivata più forte delle cellule mitrali circostanti. Non è chiaro quale sia il ruolo funzionale dell’inibizione laterale, anche se potrebbe essere coinvolta nell’aumentare il rapporto segnale-rumore dei segnali di odore mettendo a tacere il tasso di cottura basale dei neuroni circostanti non attivati. Questo a sua volta aiuta nella discriminazione degli odori. Altre ricerche suggeriscono che l’inibizione laterale contribuisce a risposte odorose differenziate, che aiutano l’elaborazione e la percezione di odori distinti. Ci sono anche prove di effetti colinergici sulle cellule dei granuli che aumentano la depolarizzazione delle cellule dei granuli rendendole più eccitabili che a sua volta aumenta l’inibizione delle cellule mitrali. L’olfatto si distingue dagli altri sistemi sensoriali in cui i recettori sensoriali periferici hanno un relè nel diencefalo. Pertanto, il bulbo olfattivo svolge questo ruolo per il sistema olfattivo.
Bulbo olfattivo accessorioModifica
Il bulbo olfattivo accessorio (AOB), che risiede nella regione dorso-posteriore del bulbo olfattivo principale, forma un percorso parallelo indipendente dal bulbo olfattivo principale. L’organo vomeronasale invia proiezioni al bulbo olfattivo accessorio rendendolo il secondo stadio di elaborazione del sistema olfattivo accessorio. Come nel bulbo olfattivo principale, l’input assonale al bulbo olfattivo accessorio forma sinapsi con le cellule mitrali nei glomeruli. Il bulbo olfattivo accessorio riceve input assonali dall’organo vomeronasale, un epitelio sensoriale distinto dall’epitelio olfattivo principale che rileva stimoli chimici rilevanti per i comportamenti sociali e riproduttivi, ma probabilmente anche odoranti generici. È stato ipotizzato che, affinché la pompa vomernasale si attivi, l’epitelio olfattivo principale deve prima rilevare l’odore appropriato. Tuttavia, la possibilità che il sistema vomeronasale funzioni in parallelo o indipendentemente dagli input olfattivi generici non è ancora stata esclusa.
I neuroni sensoriali vomeronasali forniscono input eccitatori diretti ai neuroni principali dell’AOB chiamati cellule mitrali che vengono trasmessi all’amigdala e all’ipotalamo e quindi sono direttamente coinvolti nell’attività degli ormoni sessuali e possono influenzare l’aggressività e il comportamento di accoppiamento. Gli assoni dei neuroni sensoriali vomeronasali esprimono un determinato tipo di recettore che, diversamente da quanto avviene nel bulbo olfattivo principale, divergono tra 6 e 30 glomeruli AOB. Le terminazioni dendritiche delle cellule mitrali attraversano un periodo drammatico di targeting e clustering subito dopo l’unificazione presinaptica degli assoni dei neuroni sensoriali. La connettività dei neuroni sensitivi vomernasali alle cellule mitrali è precisa, con i dendriti delle cellule mitrali che mirano ai glomeruli. Ci sono prove contro la presenza di un bulbo olfattivo accessorio funzionale nell’uomo e in altri primati superiori.
L’AOB è diviso in due sottoregioni principali, anteriore e posteriore, che ricevono input sinaptici segregati da due categorie principali di neuroni sensitivi vomeronasali, V1R e V2R, rispettivamente. Questo appare come una chiara specializzazione funzionale, dato il ruolo differenziale delle due popolazioni di neuroni sensoriali nel rilevare stimoli chimici di diverso tipo e peso molecolare. Anche se non sembra essere mantenuta a livello centrale, dove convergono le proiezioni delle cellule mitrali da entrambi i lati dell’AOB. Una chiara differenza del circuito AOB, rispetto al resto del bulbo, è la sua connettività eterogenea tra le cellule mitrali e afferenze sensoriali vomeronasali all’interno dei glomeruli neuropil. Le cellule mitrali dell’AOB contattano infatti attraverso processi dendritici apicali glomeruli formati da afferenze di diversi neuroni recettori, rompendo così la regola un-recettore-un-neurone che generalmente vale per il sistema olfattivo principale. Questo implica che gli stimoli percepiti attraverso il VNO ed elaborati nell’AOB sono sottoposti a un livello di elaborazione diverso e probabilmente più complesso. Di conseguenza, le cellule mitrali dell’AOB mostrano modelli di cottura chiaramente diversi rispetto ad altri neuroni di proiezione bulbari. Inoltre, l’input dall’alto verso il basso al bulbo olfattivo influenza in modo differenziato gli output olfattivi.
Ulteriore elaborazioneModifica
Il bulbo olfattivo invia le informazioni olfattive ad essere ulteriormente elaborate nell’amigdala, nella corteccia orbitofrontale (OFC) e nell’ippocampo dove gioca un ruolo nell’emozione, nella memoria e nell’apprendimento. Il bulbo olfattivo principale si collega all’amigdala attraverso la corteccia piriforme della corteccia olfattiva primaria e proietta direttamente dal bulbo olfattivo principale a specifiche aree dell’amigdala. L’amigdala passa le informazioni olfattive all’ippocampo. La corteccia orbitofrontale, l’amigdala, l’ippocampo, il talamo e il bulbo olfattivo hanno molte interconnessioni direttamente e indirettamente attraverso le cortecce della corteccia olfattiva primaria. Queste connessioni sono indicative dell’associazione tra il bulbo olfattivo e le aree superiori di elaborazione, in particolare quelle relative all’emozione e alla memoria.
AmygdalaEdit
L’apprendimento associativo tra odori e risposte comportamentali avviene nell’amigdala. Gli odori servono come rinforzatori o punitori durante il processo di apprendimento associativo; gli odori che si presentano con stati positivi rinforzano il comportamento che ha portato allo stato positivo, mentre gli odori che si presentano con stati negativi fanno il contrario. Gli odori sono codificati dai neuroni dell’amigdala con l’effetto comportamentale o l’emozione che producono. In questo modo gli odori riflettono certe emozioni o stati fisiologici. Gli odori vengono associati a risposte piacevoli e sgradevoli, e alla fine l’odore diventa una traccia e può causare una risposta emotiva. Queste associazioni di odori contribuiscono a stati emotivi come la paura. L’imaging cerebrale mostra un’attivazione dell’amigdala correlata agli odori piacevoli e sgradevoli, che riflette l’associazione tra odori ed emozioni.
L’ippocampo è utile anche nella memoria olfattiva e nell’apprendimento. Diversi processi di memoria olfattiva si verificano nell’ippocampo. Simile al processo nell’amigdala, un odore è associato a una particolare ricompensa, ad esempio l’odore del cibo con la ricezione del sostentamento. L’odore nell’ippocampo contribuisce anche alla formazione della memoria episodica; i ricordi di eventi in un luogo o tempo specifico. Il momento in cui certi neuroni sparano nell’ippocampo è associato dai neuroni con uno stimolo come un odore. La presentazione dell’odore in un momento diverso può causare il richiamo del ricordo, quindi l’odore aiuta nel richiamo dei ricordi episodici.
Codifica olfattiva in HabenulaEdit
Nei vertebrati inferiori (lamprede e pesci teleostei), gli assoni delle cellule mitrali (neuroni olfattivi principali) proiettano esclusivamente all’emisfero destro dell’Habenula in modo asimmetrico. È stato riportato che le Habenula dorsali (Hb) sono funzionali asimmetriche con risposte odorose predominanti nell’emisfero destro. È stato anche dimostrato che i neuroni Hb sono spontaneamente attivi anche in assenza di stimolazione olfattiva. Questi neuroni Hb spontaneamente attivi sono organizzati in cluster funzionali che sono stati proposti per governare le risposte olfattive. (Jetti, SK. et al. 2014, Current Biology)
Modelli di depressione
Un’ulteriore prova del legame tra il bulbo olfattivo e l’emozione e la memoria è dimostrata attraverso modelli di depressione animale. La rimozione del bulbo olfattivo nei ratti provoca efficacemente cambiamenti strutturali nell’amigdala e nell’ippocampo e cambiamenti comportamentali simili a quelli di una persona con depressione. I ricercatori usano ratti con bulbectomie olfattive per la ricerca di antidepressivi. La ricerca ha dimostrato che la rimozione del bulbo olfattivo nei ratti porta alla riorganizzazione dei dendriti, alla crescita interrotta delle cellule nell’ippocampo e alla diminuzione della neuroplasticità nell’ippocampo. Questi cambiamenti ippocampali dovuti alla rimozione del bulbo olfattivo sono associati a cambiamenti comportamentali caratteristici della depressione, dimostrando la correlazione tra il bulbo olfattivo e l’emozione. L’ippocampo e l’amigdala influenzano la percezione degli odori. Durante alcuni stati fisiologici come la fame un odore di cibo può sembrare più piacevole e gratificante a causa delle associazioni nell’amigdala e nell’ippocampo dello stimolo dell’odore del cibo con la ricompensa del mangiare.
Corteccia OrbitofrontaleModifica
Le informazioni olfattive sono inviate alla corteccia olfattiva primaria, dove le proiezioni sono inviate alla corteccia orbitofrontale. L’OFC contribuisce a questa associazione odore-ricompensa così come valuta il valore di una ricompensa, cioè il valore nutrizionale di un cibo. L’OFC riceve proiezioni dalla corteccia piriforme, dall’amigdala e dalle cortecce paraippocampali. I neuroni nell’OFC che codificano le informazioni di ricompensa del cibo attivano il sistema di ricompensa quando vengono stimolati, associando l’atto di mangiare con la ricompensa. L’OFC proietta ulteriormente alla corteccia cingolata anteriore dove svolge un ruolo nell’appetito. L’OFC associa anche gli odori ad altri stimoli, come il gusto. La percezione e la discriminazione degli odori coinvolgono anche l’OFC. La mappa spaziale degli odori nello strato dei glomeruli del bulbo olfattivo può contribuire a queste funzioni. La mappa degli odori inizia l’elaborazione delle informazioni olfattive organizzando spazialmente i glomeruli. Questa organizzazione aiuta la corteccia olfattiva nelle sue funzioni di percezione e discriminazione degli odori.
Neurogenesi adultaModifica
Il bulbo olfattivo è, insieme alla zona subventricolare e alla zona subgranulare del giro dentato dell’ippocampo, una delle sole tre strutture del cervello osservate a subire una neurogenesi continua nei mammiferi adulti. Nella maggior parte dei mammiferi, i nuovi neuroni nascono da cellule staminali neurali nella zona sub-ventricolare e migrano rostralmente verso i bulbi olfattivi principali e accessori. All’interno del bulbo olfattivo questi neuroblasti immaturi si sviluppano in interneuroni a cellule di granulo completamente funzionali e in interneuroni a cellule periglomerulari che risiedono rispettivamente nello strato delle cellule di granulo e negli strati glomerulari. Gli assoni del neurone sensoriale olfattivo che formano sinapsi nei glomeruli del bulbo olfattivo sono anche in grado di rigenerarsi in seguito alla ricrescita di un neurone sensoriale olfattivo che risiede nell’epitelio olfattivo. Nonostante il turnover dinamico degli assoni sensoriali e degli interneuroni, i neuroni di proiezione (neuroni mitrali e a ciuffo) che formano sinapsi con questi assoni non sono strutturalmente plastici.
La funzione della neurogenesi adulta in questa regione rimane oggetto di studio. La sopravvivenza dei neuroni immaturi che entrano nel circuito è molto sensibile all’attività olfattiva e in particolare ai compiti di apprendimento associativo. Questo ha portato all’ipotesi che i nuovi neuroni partecipino ai processi di apprendimento. Nessun effetto comportamentale definitivo è stato osservato in esperimenti di perdita di funzione, suggerendo che la funzione di questo processo, se del tutto legato all’elaborazione olfattiva, può essere sottile.