El cerebro de los insectos ha sido dividido en tres regiones, el protocerebro, deuterocerebro y tritocerebro (Figura 2). El protocerebro incluye principalmente el complejo central, los cuerpos pedunculados, el cuerno lateral, mientras que los lóbulos ópticos son sus extensiones laterales. El deuterocerebro incluye los lóbulos antenales (LA, que funcionan principalmente como lóbulos olfatorios) y el centro mecano- sensorial y motor de la antena, mientras que el tritocerebro es una pequeña región que comprende un par de lóbulos debajo del deuterocerebro (Chapman, 1998).
Los axones de las NROs ubicados en la antena salen del sénsulo y en conjunto forman el nervio antenal (NA). Estos axones se proyectan hacia el LA, el centro olfativo primario del cerebro. Los axones de las NROs ubicados en las partes bucales también se proyectan hacia el LA, aunque a través de otros nervios (p. ej. el nervio del palpo labial) y, luego de entrar al Sistema Nervioso Central (SNC), alcanzan el LA a través de los ganglios sub-esofágicos (p. ej. en el órgano cueva del palpo labial de lepidópteros, Kent et al., 1986). El LA contiene un arreglo de estructuras llamadas glomérulos, donde terminan los axones de las NROs. Es en los glomérulos donde los axones de las NROs hacen sinapsis con las inter-neuronas del LA (es decir, con inter-neuronas que tienen su cuerpo celular en el LA). Por otro lado, en el LA también arborizan neuronas “centrífugas” que tienen su cuerpo celular en otras regiones del SNC (Christensen & Hildebrand, 1987; Anton & Homberg, 1999). Los glomérulos son considerados unidades funcionales del LA y su forma aproximadamente esférica es, en general, definida ya que una capa de células gliales los rodea individualmente (Hildebrand, 1996). Usualmente, un determinado glomérulo recibe terminales de axones de un solo tipo funcional de NRO (Hildebrand, 1996; Vosshall et al., 1999), es decir, de NROs con un mismo tipo de perfil de respuesta a olores. Si bien existen fenómenos de interacción de información entre diferentes tipos de entradas de olor (entre diferentes NROs) a nivel periférico (Nikonov & Leal, 2002), es en el LA donde la mayor parte del procesamiento inicial de información olfativa tiene lugar. El número de glomérulos en el LA es de poco más de 40 en Drosophila y poco más de 60 en Manduca (Anton & Homberg, 1999).
Figura 2. Representación del cerebro de un insecto modelo.
Las inter-neuronas del LA incluyen las inter-neuronas locales (NLs) y las neuronas de proyección (NPs). Las neuritas de las NL no salen del LA y establecen conexiones entre distintos glomérulos del LA, siendo cruciales para la integración de información, fenómenos inhibitorios y excitatorios laterales (ver sección Fisiología Olfativa). Las NL pueden arborizar en solo algunos pocos glomérulos del LA o en virtualmente todos ellos (Figura 3) (Christensen & Hildebrand; 1987, Anton & Homberg, 1999; Reisenman et al., 2011). Las neuritas de estas neuronas no se diferencian en dendritas y axón: la información fluye bi-direccionalmente en cada neurita y cada neurita puede cumplir ambas funciones. Las dendritas de las NP arborizan en uno o varios glomérulos, denominándose uniglomerulares o multiglomerulares, respectivamente (Figura 3). El axón de las NP sale del LA y lleva la información hacia centros de procesamiento de información superiores en el protocerebro.
Figura 3. Lóbulos antenales mostrando los glomérulos. Se muestran las características morfológicas de una neurona de proyección y de una interneurona local típica.
Los glomérulos del LA pueden ser caracterizados en base a su forma, tamaño y posición dentro del LA, es decir, que estos parámetros están estereotipados dentro de cada especie (Galizia et al., 1999). Se sabe que en muchas especies de insectos existen dos subsistemas olfativos (Galizia & Rossler, 2010). Esta división en subsistemas se refleja en el LA: uno de los subsistemas posee glomérulos que son idénticos en los dos sexos, mientras que los glomérulos del otro subsistema son diferentes en hembras y machos. Mientras que los primeros glomérulos suelen estar dedicados en gran parte a procesamiento de información relacionada con comida (glomérulos ordinarios), los últimos suelen estar relacionados con información sobre feromonas (macroglomérulos). Entre los glomérulos ordinarios se encontró, en varias especies de insectos, uno especializado en procesar información relacionada con CO2 (Guerenstein et al., 2004; Guerenstein & Hildebrand, 2008).
Los centros de procesamiento a los que proyectan las NP del LA incluyen los cuerpos pedunculados y el cuerno lateral (de Belle & Kanzaki, 1999; ver sección fisiología olfativa). Los cuerpos pedunculados han sido asociados a fenómenos de memoria y aprendizaje, mientras que en los cuernos laterales podría ocurrir integración multimodal de información (por ejemplo integración de información olfativa con información visual). El complicado patrón de proyecciones de las NP del LA en el protocerebro sugiere múltiples fenómenos de convergencia y divergencia de información.
Eventos en el compartimiento perirreceptor
y mecanismos de transducción
Como se mencionó anteriormente, las moléculas de olor que alcanzan la antena, ingresan a los sénsulos a través de poros en su pared cuticular, atraviesan la linfa acuosa del sénsulo y finalmente alcanzan las dendritas de las NROs. Allí se lleva a cabo la transducción del estímulo olfativo en potencial receptor de membrana, que luego resulta en una tasa de potenciales de acción, que codifican las propiedades biológicas relevantes del estímulo olfativo. La entrada, residencia y salida de las moléculas de olor del ambiente alrededor del receptor han sido denominadas en su conjunto “eventos en el compartimiento perirreceptor”.
En la sección anterior se mencionó que la linfa de los sénsulos suele poseer una concentración alta de proteínas solubles. Estas macromoléculas transportan los compuestos de olor hasta los receptores de olor de la membrana dendrítica de las NROs. Estos receptores suelen estar especializados en la detección de un tipo de “olor individual” (debe aclararse que lo que conocemos como “olores” en realidad son con frecuencia “mezclas de olores”; nos referiremos a olor individual como un componente de una mezcla de olores). Estas macromoléculas (proteínas) son de cadena relativamente corta (no más de 150 aminoácidos como máximo), tienen afinidad para enlazarse a moléculas (10-20 átomos de carbono), como por ejemplo compuestos volátiles que representan olores, y un bajo punto isoeléctrico (pI: pH al cual no tienen carga eléctrica neta). Estas proteínas pueden pertenecer a la familia de “proteínas enlazantes a olores”, PEOs (en inglés, Odorant Binding Protein, OBP) (Vogt & Riddiford, 1981), o a la familia de “proteínas quimiosensoriales”, PQSs (en inglés, chemosensory proteins, CSPs; Bohbot et al., 2010).
Existe una gran variedad de tipos de PEOs y PQSs en distintas especies de insectos. Se reconocen cuatro clases de PEOs basado en su secuencia de aminoácidos: “proteínas enlazantes a feromonas” (en principio feromonas sexuales de lepidópteros; Pheromone Binding Proteins, PBPs), dos tipos de “proteínas enlazantes a olores generales” (en inglés, general odorant binding protein, GOBP1 y GOBP2) y “proteína antenal X de enlace” (en inglés antennal binding protein X, ABPX) (Pelosi et al., 2006). En una mayoría de los casos, casi lo único que las PEOs tienen en común es un patrón de seis cisteínas en posiciones conservadas en los distintos órdenes de insectos.
Estas cisteínas están dispuestas en un arreglo que confiere gran estabilidad a la proteína. Si bien aún se están investigando la función exacta de estas, las PEOs permiten que, las moléculas de olor (mayormente las hidrofóbicas), atraviesen el medio acuoso (la linfa del sénsulo) y puedan alcanzar las membranas de las dendritas de las NROs para allí estimular las proteínas receptoras