Para poder evocar comportamientos adecuados en relación a olores, el sistema olfativo tiene que codificar tanto la calidad como la cantidad de un olor. Tanto las NROs como las neuronas del LA resuelven este problema incrementando su frecuencia de PAs a medida que la concentración de estímulo aumenta. Como se mencionó arriba, los axones de las NROs terminan en los glomérulos del LA donde hacen sinapsis con interneuronas de este centro de procesamiento de información. La convergencia de información de muchas NROs en unas pocas interneuronas del LA lleva a una “sensibilidad colectiva” más alta que la sensibilidad de una NRO única (Hansson & Christensen 1999; Ignell et al., 2010). Las NROs suelen responder a aumentos de concentración con un aumento en su tasa de PAs dentro de un amplio intervalo de concentraciones, cubriendo varios órdenes de magnitud (con frecuencia tres). Más aun, como dentro de cada tipo de NRO, el intervalo dinámico de las NROs individuales suele ser diferente (aunque superpuesto), el intervalo dinámico poblacional es aun más amplio (Guerenstein et al., 2004). Existe evidencia que en ciertos circuitos neuronales las respuestas de las NPs son independientes de la concentración del estímulo (Ignell et al., 2010).
Muchas NLs son GABAérgicas (Reisenman et al., 2011), es decir, liberan a las sinapsis químicas GABA, un neurotransmisor que provoca inhibición en neuronas post- sinápticas. Es común que las NROs establezcan primeramente sinapsis excitatorias con NLs, las que, a su vez, establecen sinapsis inhibitorias con NPs. Según esto, si en general las NROs son excitadas por el estímulo, las NPs deberían inhibirse ante una estimulación. Sin embargo, se ha observado que con frecuencia las NPs suelen ser excitadas ante la presencia de estímulo. Se ha comprobado que ciertas NPs están espontáneamente inhibidas por NLs (de segundo grado), las cuales disparan PAs a una frecuencia relativamente alta. En la presencia de un estímulo, las NROs excitan NLs de primer grado, las NLs de segundo grado son inhibidas por las NLs de primer grado (es decir, existen 2 NLs en serie entre las NROs y las NPs). Así, las NLs de segundo grado dejan de inhibir a las NPs y se produce “desinhibición” de las NPs, lo cual resulta en un aumento en la tasa de PAs, es decir una excitación (Christensen et al., 1993).
Las NPs pueden seguir un patrón intermitente de estimulación de hasta por lo menos 10 Hz (Christensen & Hildebrand 1988; Guerenstein et al., 2004). En palomillas (también llamadas polillas en algunos países) se ha encontrado que la capacidad de las NPs para responder a una serie de pulsos intermitentes (como aquellos que se presentan en una estela de olor) esta correlacionado con el patrón de respuesta que muestran a un pulso único. Así, en palomillas esta capacidad se encontró relacionada a un patrón de respuesta trifásico (-/+/-) o bifásico (+/-) (Christensen & Hildebrand, 1997; Lei & Hansson, 1999). El patrón trifásico significa que ante un estímulo único, la NP muestra un patrón complejo de respuesta que consiste en una inhibición (e hiperpolarización de la membrana involucrando una NL), seguida de excitación (y despolarización de membrana) y finalmente nuevamente inhibición (e hiperpolarización). El bifásico implica excitación seguida de inhibición. Aparentemente los periodos de inhibición son importantes para “apagar” una NP luego de una excitación y estar listo para comenzar una nueva excitación. Así, en lugar de obtenerse una excitación continua debido a un cierto componente tónico de respuesta, la excitación es interrumpida por periodos de inhibición de manera que solo queda la parte fásica de la respuesta y solo son representados los momentos precisos en que el olor choca contra la antena.
En palomillas, la amplitud de la hiperpolarización inicial se correlacionó con la tasa de pulsos que una neurona puede resolver. Cuanto mayor sea esta hiperpolarización (inhibición), mayor será la frecuencia de pulsos que la NP puede seguir (resolver) (Christensen & Hildebrand, 1997). En algunas NPs las respuestas trifásicas se dan solo cuando se estimula con una mezcla de olor, y no con olores únicos (Christensen & Hildebrand, 1997). En este caso, algún componente de la mezcla genera despolarización mientras que otro componente genera una breve hiperpolarización de manera que solo cuando se estimula con la mezcla de olor correcta (y esto incluye las concentraciones relativas correctas entre constituyentes de la mezcla) las NPs son capaces de responder (Christensen & Hildebrand, 1997). En otros casos, un compuesto único puede evocar este patrón de respuesta (Guerenstein et al., 2004), probablemente involucrando un complejo circuito neuronal. En todo caso, la corta fase inhibitoria de la respuesta de NPs, mediada por NLs, es fundamental para poder responder a estimulación intermitente, lo cual al menos en algunos insectos es fundamental para evocar comportamiento de orientación (Vickers & Baker, 1994).
Las NLs cumplirían además otras funciones. Las interacciones inhibitorias interglomerulares de las que participan las NLs que promueven la sincronización de disparos de PAs en NPs, por medio de breves inhibiciones a una red de NPs, de manera periódica y simultáneamente. Así, cuando se estimula con una mezcla de olor adecuada, se sincronizan los PAs de NPs dentro de un mismo glomérulo y de NPs de glomérulos diferentes involucrados en la misma respuesta (Lei et al., 2002). Esta sincronización resulta en una acentuación de la representación del estímulo olfativo. Por otro lado, debe tenerse en cuenta que la actividad del LA esta modulada por “neuromoduladores” como las aminas biogénicas serotonina y octopamina. Los factores relacionados con la neuromodulación incluyen ritmos circadianos ya que la sensibilidad del sistema está regulada por estos ritmos a través de estas aminas (Homberg & Muller, 1999; Dacks et al., 2009).
La representación funcional diferencial de distintos olores parece mantenerse o incluso acentuarse en los centros de procesamiento superiores de olfato del protocerebro, los cuerpos pedunculados y el cuerno lateral (Ignell et al., 2010). Se cree que los cuerpos pedunculados están involucrados en la formación de memoria olfativa (Dubnau et al., 2001). El cuerno lateral estaría relacionado con la integración multimodal de información. Este suele mostrar dimorfismo sexual y se asocia con comportamiento sexual (Jefferis et al., 2007). Aparte de la información sobre feromonas sexuales, el resto de la información olfativa (p. ej. sobre comida) está relativamente mezclada en el cuerno lateral, espacialmente hablando. Sin embargo, se cree que esta “mezcla” (superposición) en la representación de olores se debe a que las representaciones en esta zona están segregadas de acuerdo a su función biológica y no a características químicas de los olores (Jefferis et al., 2007).
Métodos en fisiología olfativa
Existen diferentes técnicas para el estudio de la fisiología del sistema olfativo a nivel periférico y a nivel central. Entre los métodos empleados a nivel periférico se cuenta el electroantenograma (EAG) y los registros de sénsulo único (RSU), ambas técnicas han sido abordadas previamente (Capítulo 1 de este libro).
Los registros electrofisiológicos a nivel periférico permiten identificar con relativa facilidad los constituyentes naturales de una mezcla de olor que los insectos son capaces de detectar, es decir los compuestos “activos”. Esta identificación sería extremadamente difícil, sino imposible, con ensayos de comportamiento. Sin embargo, es posible que mediante registros a nivel central sea posible lograr identificar algunos compuestos. Una desventaja de la identificación de compuestos activos mediante registros periféricos consiste en que se deben estudiar todos los tipos de NROs (dentro de distintos tipos de sénsulos) para descartar respuesta a un cierto compuesto o para conocer la totalidad de compuestos detectados.
Un método molecular, in vitro, elegante para identificar los ligandos a que se une un OR en particular consiste en remover el RO original de una NRO especifica (ahora convertida en una “neurona vacía”) y reemplazarlo con el RO, exógeno a estudiar (Dobritsa et al., 2003; Hallem et al., 2004). Al realizar registros electrofisiológicos de la “neurona vacía” con el RO exógeno adicionado, se puede no solo estudiar los ligandos a que se une el RO exógeno, sino también entender mejor el papel