Le connessioni tra olfatto, memoria e salute / The Connections Between Smell, Memory, and Health

Le connessioni tra olfatto, memoria e salute / The Connections Between Smell, Memory, and Health

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Come vengono immagazzinati gli odori nel cervello / How smells are stored in the brain

La capacità degli odori di riportare alla mente esperienze passate ha intriganti implicazioni scientifiche e terapeutiche.

"Cosa puoi fare con il tuo naso?"

Questa è la domanda posta dallo psicologo Donald Laird in un articolo del 1935, uno dei primi studi ad esplorare i collegamenti tra odore e memoria. Anche se molti dei suoi contemporanei nel campo della neurobiologia sensoriale erano preoccupati per la vista ed eminenti scienziati, tra cui Darwin e Freud, avevano denigrato il senso dell'olfatto umano, Laird, un professore della Colgate University, sosteneva che l'olfatto era stato ingiustamente ignorato. “Anche i nostri psicologi contemporanei”, scrisse, “con dignitosa disinvoltura, passano casualmente dall’olfatto come qualcosa che è notevole tra gli animali ma tristemente carente nell’umanità”.

Laird aveva la sensazione che il naso umano potesse fare più di quanto gli fosse riconosciuto, e che potesse persino contenere indizi sul funzionamento interno della memoria. Così lui ed i suoi colleghi hanno chiesto a 254 partecipanti allo studio di registrare momenti in cui gli odori stimolavano flashback nel passato. Hanno ricevuto centinaia di aneddoti, da un soffio di profumo che ravviva il disagio di una lezione di ballo imbarazzante all'odore della lana che ricorda il soprabito di uno zio perduto da tempo. Un partecipante, figlio di un operaio di segheria, ha riferito che l’odore della segatura ha portato su “una serie di immagini vivide così vivide che per il momento rivivo le scene”. La sola vista della segatura, al contrario, era deludente.

I ricordi evocati da questi odori passeggeri erano straordinariamente intensi, emotivi e radicati nel profondo - molto più che semplici "fuochi fatui casuali nel nostro tessuto mentale", ha scritto Laird. Le intuizioni dello studio hanno suscitato una domanda più ampia sull’olfatto: “Può essere un senso che gli educatori hanno trascurato”, ha ipotizzato, “come via d’accesso alla mente?”

Facciamo un salto avanti di quasi un secolo e gli scienziati stanno facendo passi da gigante nel comprendere la connessione intuita da Laird e persino nello sfruttarla per migliorare la salute. "È ormai chiaro che, anche se il nostro senso dell'olfatto non è robusto come quello di un topo o di un segugio, è profondamente legato ai nostri centri cognitivi, ai nostri centri emotivi ed ai nostri centri della memoria", afferma Sandeep Robert Datta, professore di neurobiologia presso la Harvard Medical School. "Dipendiamo da esso per un senso di benessere e centratura nel mondo."

Come gli odori innescano i ricordi

Datta, il cui laboratorio HMS studia come gli animali usano i sensi per comprendere il mondo che li circonda, afferma che la neuroscienza ha rivelato i meccanismi dietro il potere dell'odore di stimolare la memoria, un potere con origini evolutive. I nostri antichi antenati facevano affidamento sull'olfatto per costruire mappe dell'ambiente circostante e ricordare dove erano stati. "Puoi pensare al cervello originale come al senso dell'olfatto più un senso di navigazione più un senso della memoria", dice Datta. “Ciò spiega perché tutte quelle strutture sono così intimamente connesse e perché i ricordi degli odori sono così evocativi”.

Queste connessioni persistono nella nostra fisiologia. Il naso umano ospita centinaia di recettori degli odori, ciascuno pronto ad interagire con sottoinsiemi specifici di molecole di odore. Quando queste molecole si diffondono nel naso e si legano ai loro recettori corrispondenti, dice Datta, è "come una chiave inserita in una serratura" e le cellule cerebrali chiamate neuroni sensoriali olfattivi inviano segnali elettrici lungo gli assoni a diverse parti del cervello.

I segnali fanno una breve sosta nel bulbo olfattivo prima di raggiungere le aree chiave del cervello coinvolte nell'apprendimento, nelle emozioni e nella memoria: la corteccia olfattiva, o piriforme, che identifica gli odori; l'amigdala, coinvolta nella generazione delle emozioni; e l'ippocampo, che immagazzina e organizza i ricordi. Se l’ippocampo ritiene importante l’odore, ad esempio se fosse collegato a un momento particolarmente emotivo, può archiviare l’informazione e conservarla a tempo indeterminato. Anche decenni dopo, lo stesso profumo può riportare alla mente il ricordo e la rilevanza emotiva del momento.

Immagini, suoni ed altre informazioni sensoriali devono prima viaggiare attraverso il talamo del cervello prima di raggiungere l'amigdala e l'ippocampo. Al contrario, il sistema olfattivo è posizionato proprio accanto a loro, e sembra che si sia “essenzialmente evoluto per trasmettere informazioni direttamente a questi centri di memoria ed emozione”, afferma Datta. Ciò potrebbe spiegare perché gli studi hanno scoperto che, rispetto ai ricordi attivati ​​da altri sensi, i ricordi evocati dagli odori tendono ad essere più emotivi e con maggiori probabilità di estendersi indietro nel tempo nella vita di una persona .

Olfatto e salute

Non sorprende che i produttori di profumi, le aziende produttrici di candele e persino le catene di vendita al dettaglio sfruttino il potere dell'odore di stimolare la memoria. Ma le potenziali implicazioni si estendono anche alla medicina.

"L'olfatto può innescare istantaneamente una risposta emotiva insieme ad un ricordo, ed i nostri stati emotivi hanno un effetto molto forte sul nostro benessere fisico", afferma Rachel Herz, neuroscienziata della Brown University che studia la scienza psicologica dell'olfatto. Oltre a citare una miriade di studi che collegano i ricordi indotti dagli odori al miglioramento dell'umore ed alla riduzione dello stress, Herz fa riferimento a ricerche che dimostrano che gli odori che evocano ricordi personali promuovono una respirazione più lenta e profonda rispetto agli odori piacevoli ma più generici e collegano i ricordi evocati dagli odori a significative riduzioni di marcatori di infiammazione.

Questi effetti benefici possono spiegare perché la perdita dell’olfatto – una condizione chiamata anosmia – può essere dannosa per la salute mentale. "Se improvvisamente ci viene negato il senso dell'olfatto, ci sentiamo alla deriva e confusi su dove siamo in un modo che non ci aspettavamo", dice Datta. "Ci viene costantemente ricordato dove siamo stati e dove siamo attraverso il nostro senso dell'olfatto."

Naturalmente, non tutti gli odori evocano le sensazioni di benessere e centratura descritte da Datta. Se l’evoluzione ha plasmato il legame tra odore e memoria, allora gli odori non ci dicono solo cosa è buono, ma ci avvisano anche di cosa è male. "Se qualcuno ha un odore collegato al suo trauma, quell'odore è quasi certamente uno dei fattori scatenanti più efficaci per il suo trauma", afferma Kerry Ressler, professore di psichiatria dell'HMS e direttore scientifico del McLean Hospital. Dai fumi diesel in fiamme di una zona di combattimento alla colonia di un abusatore, gli odori invisibili possono sorgere senza preavviso ed innescare rapidamente un intenso flashback od un episodio di disturbo da stress post-traumatico .

Ressler, le cui ricerche sui topi hanno esplorato la neurobiologia della paura e dell'ansia, è stato attratto dallo studio dell'olfatto per le intriganti opportunità che presenta. Ciascun recettore olfattivo nel naso dei mammiferi è collegato ad un gene specifico, che gli scienziati possono manipolare per alterare il modo in cui il cervello percepisce gli odori e persino per indurre il cervello a formare falsi ricordi di odori. Questi collegamenti diretti consentono ai ricercatori di studiare come il cervello risponde all’ambiente, comprese le esperienze traumatiche, e come queste risposte nel cervello potrebbero essere invertite durante il recupero dal trauma.

In uno studio, Ressler e colleghi hanno introdotto alcuni odori nei topi insieme a stimoli negativi, come un piccolo shock al piede. Il comportamento dei topi indicava che avevano sviluppato non solo paura od avversione per questi odori, ma anche più neuroni nel naso specificamente collegati a quegli odori , così come glomeruli più grandi, gruppi di cellule nervose che trasmettono segnali dalle molecole degli odori al cervello. .

Ressler e colleghi volevano capire se queste paure potessero essere invertite attraverso l'estinzione, un metodo di terapia espositiva in cui uno stimolo (in questo caso l'odore) legato ad un ricordo negativo viene riproposto sistematicamente senza rinforzo negativo. Sembrava funzionare: il comportamento dei topi indicava che avevano appreso che gli odori erano sicuri e la loro area glomerulare ed il numero di neuroni del naso erano tornati alla normalità . "Ciò suggerisce che il sistema olfattivo è plastico per l'ambiente in cui vive l'animale, per essere in grado di trattenere i ricordi degli odori in una sorta di stato di importanza ambientale", afferma Ressler.

Questi risultati potrebbero avere implicazioni per il trattamento del disturbo da stress post-traumatico negli esseri umani. Ressler afferma che sono necessari studi più ampi sulla terapia dell'esposizione agli odori, ma i ricercatori stanno iniziando a sperimentarla: uno studio del 2019, ad esempio, ha riscontrato successo nel trattamento di veterani con disturbo da stress post-traumatico correlato al combattimento utilizzando una terapia di esposizione alla realtà virtuale che includeva il rilascio di odori come quello del gasolio. Ressler suggerisce che i pazienti potrebbero anche essere addestrati a sviluppare “ricordi di sicurezza” attorno ad un dato odore, come la lavanda, che potrebbero essere utilizzati per sedare sentimenti di ansia o flashback quando si presentano.

Fiutare i segreti della memoria

I ricercatori stanno ancora scoprendo fino a che punto l’olfatto possa essere, secondo le parole di Laird, una “via verso la mente”. Da parte sua, Herz si chiede se la rarità di certi profumi – il fatto che potremmo annusare qualcosa solo una volta – potrebbe significare che ci siano ricordi sepolti nel nostro cervello, da ricordare solo se l'odore si incontra di nuovo. "Potresti avere un pezzo del tuo passato dimenticato per sempre o potenzialmente ricordato di nuovo solo attraverso il profumo", riflette.

Altri si sono chiesti se i profumi potrebbero aiutare a stimolare i ricordi perduti nelle persone affette da demenza, Alzheimer ed altre condizioni che causano perdita di memoria. Anche se il concetto di “terapia della reminiscenza” che utilizza l'olfatto è relativamente nuovo e non testato, viene già utilizzato in alcuni ospedali e strutture di cura. Ad esempio, la Hebrew Home di Riverdale, una comunità di assistenza a lungo termine a New York City, ha offerto ai residenti chioschi con odori che cambiano stagionalmente ed evocano un senso di nostalgia, come i profumi dei guanti da baseball e degli hot dog.

Curiosamente, la ricerca suggerisce anche che la perdita dell'olfatto può essere uno dei primi sintomi della malattia di Alzheimer. Mark Albers, assistente professore di neurologia dell'HMS, e colleghi del Massachusetts General Hospital hanno scoperto che una ridotta capacità di identificare gli odori potrebbe precedere lo sviluppo della malattia di diversi anni e che un test dell'olfatto potrebbe essere utilizzato per identificare le persone a rischio. "Non è chiaro il motivo per cui il sistema olfattivo sia così sensibile al processo patologico che causa l'Alzheimer", afferma Datta, "ma quasi certamente è anche correlato a questa intersezione tra odore e memoria". 
 
"Siamo tutti preoccupati per i nostri ricordi e per il declino della nostra memoria con l'avanzare dell'età", aggiunge Datta. "Una speranza è che possiamo usare la memoria olfattiva per saperne di più su ciò che va storto durante malattie come l'Alzheimer". Spiega che le interazioni tra la corteccia olfattiva e l’ippocampo possono servire da modello per i processi che il cervello utilizza quando cerca di ricordare cose diverse dagli odori, e che i circuiti che supportano l’olfatto sembrano molto simili, dal punto di vista architettonico, ai circuiti coinvolti nella memoria. "Pensare alla memoria olfattiva come modello per la memoria in generale è davvero utile", afferma Datta.

Allora, cosa puoi fare con il tuo naso? Forse anche più di quanto Laird avrebbe mai immaginato.

ENGLISH

The ability of odors to bring to mind past experiences has intriguing scientific and therapeutic implications.

That’s the question psychologist Donald Laird posed in a 1935 paper — one of the first studies exploring links between odor and memory. Even as many of his contemporaries in sensory neurobiology were preoccupied with vision, and prominent scientists, including Darwin and Freud, had disparaged humans’ sense of smell, Laird, a Colgate University professor, argued that olfaction had been unduly dismissed. “Even our contemporary psychologists,” he wrote, “with dignified aplomb, casually pass by the sense of smell as something that is notable among animals but sadly deficient in mankind.”

Laird had an inkling that the human nose could do more than it got credit for, that it could even hold clues to the inner workings of memory. So he and colleagues asked 254 study participants to record moments in which smells spurred flashbacks to the past. They received hundreds of anecdotes, from a whiff of perfume reviving the discomfort of an awkward dance class to the smell of wool recalling a long-lost uncle’s overcoat. One participant, the son of a sawmill worker, reported that the smell of sawdust brought on “a series of vivid pictures so graphic that for the moment I live the scenes again.” The mere sight of sawdust, in contrast, fell flat.

The memories these passing odors evoked were remarkably intense, emotional, and deep-seated — more than just “casual will-o’-the-wisps in our mental fabric,” Laird wrote. The study’s insights provoked a bigger question about smell: “Can this be a sense which educators have overlooked,” he posited, “as an avenue into the mind?”

Fast-forward nearly a century, and scientists are making strides in understanding the connection Laird intuited — and even harnessing it to improve health. “It’s now clear that even though our sense of smell is not as robust as that of a mouse or bloodhound, it is deeply tied to our cognitive centers, our emotional centers, and our memory centers,” says Sandeep Robert Datta, a professor of neurobiology at Harvard Medical School. “We’re dependent on it for a sense of well-being and centeredness in the world.”

How smells trigger memories

Datta, whose HMS lab studies how animals use senses to understand the world around them, says that neuroscience has revealed the mechanisms behind odor’s power to spur memory — a power with evolutionary origins. Our ancient ancestors relied on smell to build maps of their surroundings and remember where they’d been. “You can think of the original brain as being a sense of smell plus a sense of navigation plus a sense of memory,” Datta says. “That explains why all those structures are so intimately connected, and why odor memories are so evocative.”

These connections persist in our physiology. The human nose houses hundreds of odor receptors, each primed to interact with specific subsets of odor molecules. When those molecules waft into the nose and bind to their matching receptors, Datta says, it’s “like a key being inserted into a lock,” and brain cells called olfactory sensory neurons fire electrical signals along axons to different parts of the brain.

The signals make a quick stop in the olfactory bulb before traveling to key areas of the brain involved in learning, emotion, and memory: the olfactory, or piriform cortex, which identifies smells; the amygdala, which is involved in generating emotion; and the hippocampus, which stores and organizes memories. If the hippocampus deems the smell important — if it were connected with a particularly emotional moment, for example — it can file the information and store it indefinitely. Even decades later, the same scent can bring the memory and emotional salience of the moment flooding back.

Sights, sounds, and other sensory information must first travel through the brain’s thalamus before reaching the amygdala and hippocampus. In contrast, the olfactory system is positioned right next to them, appearing to have “essentially evolved to hardwire information to these memory and emotion centers,” says Datta. This could explain why studies have found that, when compared with memories triggered by other senses, odor-evoked memories tend to be more emotional and more likely to extend back earlier in one’s life.

Olfaction and health

It’s no surprise that perfume makers, candle companies, and even retail chains capitalize on odor’s power to spur memory. But the potential implications extend into medicine too.

“Smell can instantly trigger an emotional response along with a memory, and our emotional states have a very strong effect on our physical well-being,” says Rachel Herz, a neuroscientist at Brown University who studies the psychological science of smell. In addition to citing myriad studies that link smell-induced memories to mood improvement and stress reduction, Herz points to research showing that smells evoking personal memories promote slower, deeper breathing than pleasant but more generic smells and linking odor-evoked memories to significant reductions in markers of inflammation.

These beneficial effects may explain why the loss of olfaction — a condition called anosmia — can be damaging to mental health. “If we are suddenly denied our sense of smell, we feel adrift and confused about where we are in a way we didn’t expect,” says Datta. “We’re constantly being reminded about where we’ve been and where we are through our sense of smell.”

Of course, not all smells evoke the feelings of well-being and centeredness Datta describes. If evolution has shaped the link between smell and memory, then odors don’t just tell us what’s good — they also alert us to what’s bad. “If someone has a smell that is linked to their trauma, that smell is almost certainly one of the most robust triggers for their trauma,” says Kerry Ressler, HMS professor of psychiatry and chief scientific officer at McLean Hospital. From the burning diesel fumes of a combat zone to an abuser’s cologne, invisible odors can arise without warning and quickly trigger an intense flashback or post-traumatic stress disorder episode.

Ressler, whose research in mice has explored the neurobiology of fear and anxiety, was drawn to the study of smell because of the intriguing opportunities it presents. Each olfactory receptor in the mammalian nose is linked to a specific gene, which scientists can manipulate to alter how the brain perceives smells — and even to induce the brain to form false odor memories. These direct links allow researchers to study how the brain responds to the environment, including traumatic experiences, and how these responses in the brain might be reversed during recovery from trauma.

In one study, Ressler and colleagues introduced certain smells to mice along with negative stimuli, such as a small shock to the foot. The mice’s behavior indicated that they developed not only a fear of or aversion to these smells, but also more neurons in the nose specifically linked to those odors, as well as larger glomeruli, clusters of nerve cells that transmit signals from odor molecules to the brain.

Ressler and colleagues wanted to understand whether these fears could be reversed through extinction — a method of exposure therapy in which a stimulus (in this case the odor) linked to a negative memory is presented again systematically without negative reinforcement. It appeared to work: The mice’s behavior indicated that they had learned the smells were safe, and their glomerular area and number of nose neurons returned to normal. “This suggests that the olfactory system is plastic for the environment the animal lives in, to be able to hold the odor memories in some sort of state of environmental importance,” Ressler says.

These findings could have implications for the treatment of PTSD in humans. Ressler says that there’s a need for larger studies of odor-exposure therapy, but researchers are beginning to experiment with it: A 2019 study, for example, found success in treating veterans with combat-related PTSD using a virtual reality exposure therapy that included the release of odors like diesel fuel. Ressler suggests that patients could also be trained to develop “safety memories” around a given smell, such as lavender, that could be used to quell feelings of anxiety or flashbacks when they arise.

Sniffing out memory’s secrets

Researchers are still unraveling the full extent to which smell can be, in Laird’s words, an “avenue into the mind.” For her part, Herz wonders whether the rarity of certain scents — the fact that we might smell something only once — could mean that there are memories buried in our brains, to be remembered only if the smell is encountered again. “You could have a piece of your past either forever forgotten or potentially newly remembered through scent alone,” she muses.

Others have wondered whether scents might help spur lost recollections in people with dementia, Alzheimer’s, and other conditions causing memory loss. While the concept of “reminiscence therapy” using smell is relatively new and untested, it’s already being used in some hospitals and care facilities. For example, Hebrew Home at Riverdale, a long-term care community in New York City, has offered residents kiosks with seasonally rotating smells that evoke a sense of nostalgia, such as the scents of baseball mitts and hot dogs.

Curiously, research also suggests that smell loss can be one of the first symptoms of Alzheimer’s disease. Mark Albers, HMS assistant professor of neurology, and colleagues at Massachusetts General Hospital have found that a reduced ability to identify scents could precede the development of the disease by several years, and that a smell test could be used to identify those at risk. “It’s unclear why the olfactory system is so sensitive to the disease process that causes Alzheimer’s,” says Datta, “but it also almost certainly relates to this intersection between smell and memory.” 
 
“We’re all concerned with our memories and the decline in our memory as we age,” Datta adds. “One hope is that we can use smell memory to learn more about what goes awry during diseases like Alzheimer’s.” He explains that the interactions between the olfactory cortex and the hippocampus can serve as a model for processes that the brain uses when trying to remember things other than smells, and the circuits supporting smell look very similar, architecturally, to the circuits involved in memory. “Thinking about olfactory memory as a model for memory in general is really useful,” Datta says.

So, what can you do with your nose? Perhaps even more than Laird ever would have guessed.

Da:

https://magazine.hms.harvard.edu/articles/connections-between-smell-memory-and-health?utm_source=AcousticMailing&utm_medium=email&utm_campaign=HMM%20-%20Spring%202024%20-%20April%20(1)%20remainder&utm_content=HarvardMedicine_0417_2024