Nume de cod: Nasul

Desi nu suntem nici pe departe asa de dependenti de capacitatile olfactive precum cainii sau soarecii, ne lasam „dusi de nas“ in extrem de multe circumstante.

Aparent „adormit“, nasul uman se „trezeste“ si functioneaza in multe situatii foarte prompt; semnal de alarma sau stimul primar pentru distingerea gusturilor, simtul mirosului este sistemul cel mai selectiv cu care am fost dotati de catre mama-natura pentru evaluarea mediului in care traim si a substantelor cu care ne hranim.

Sistemele care codifica simtul olfactiv sunt extrem de sensibile si se dovedesc capabile sa identifice stimuli prezenti in mediul inconjurator in concentratii extrem de scazute, iar structurile nervoase insarcinate cu analiza olfactiva sunt in masura sa distinga mii de mirosuri diferite. De altfel, aproape tot ce percepem ca avand gust se datoreaza intr-un fel nasului, mai exact capacitatii noastre de a discerne mirosurile, pentru ca receptorii olfactivi sunt mult mai sofisticati decat papilele gustative, incapabile sa distinga dincolo de dulce, sarat, acru si amar.   
Atunci cand milioanele de receptori situati in profunzimea cavitatilor nazale intra in actiune, prin intermediul lor nasul comunica direct cu creierul, iar mirosul se transforma in vehicul pentru senzatii si amintiri. Mecanismul este unul instantaneu, pentru ca simtul mirosului este direct conectat cu hipotalamusul si sistemul limbic, zona din creier unde locuiesc emotiile.

In timp ce tot ceea ce percepem vizual sau tactil devine pentru noi un material asupra caruia trebuie sa reflectam pentru a da un sens realitatii inconjuratoare, senzatiile olfactive sunt inmagazinate la nivelul inconstientului, acolo unde nu are loc nici un proces de analiza rationala. Asadar, la nivel cerebral, un miros nu este „cenzurat“, asa ca, inainte de a ne da seama, el a produs deja un efect asupra inconstientului nostru, pentru ca in sistemul limbic sunt fabricati neurotransmitatori precum serotonina, adrenalina si endorfinele.

In timp ce cainele, de exemplu, poseda de o suta de ori mai multi receptori neuronali decat omul, iar anumite specii de fluturi detin un aparat olfactiv atat de dezvoltat, incat masculii sunt capabili sa detecteze mirosul femelei de la zece kilometri departare, pe noi evolutia ne-a facut sa minimalizam necesitatea de a ne folosi nasul, privilegiind, in schimb, celelalte simturi.

Si totusi, antrenarea nasului uman in perceperea de mirosuri noi este un lucru posibil – o demonstreaza parfumierii si sommelierii. Ramane insa un mister si la ora actuala intelegerea felului in care aceste mirosuri sunt codificate de creierul omului sau de cel al animalelor. In acest sens, deschizatori de drum sunt considerati cercetatorii Linda Buck (Columbia University din New York) si Richard Axel (Cancer Research Center din Seattle), distinsi cu Premiul Nobel pentru medicina in 2004 tocmai pentru descoperirea receptorilor olfactivi si a marii familii de gene care ii produc.

Nasul tehnologic
Prin copierea mecanismului de actiune a nasului, inca de la finele anilor ’80 au fost proiectati si construiti senzori mecanici in stare sa recunoasca mirosurile. Acesti senzori le-au permis oamenilor de stiinta sa viseze la un sistem olfactiv reconstruit, extrem de sensibil, capabil sa perceapa si cea mai fina aroma si sa-i detecteze fiecare constituent. Primul articol legat de un nas electronic a aparut in revista Nature in 1982 si era semnat de Krishna Persaud, un cercetator britanic de la Institutul de Stiinta din Manchester, care a folosit o serie de senzori oxidometalici pentru a identifica si clasifica mirosurile, primul nas electronic putand fi admirat in prezent la Muzeul de Stiinta din Londra. Impreuna cu Paolo Pelosi, de la Departamentul de Chimie si Biotehnologii Agrare din cadrul Universitatii din Pisa, Persaud lucreaza in prezent la un nou tip de nas electronic, care recunoaste si evalueaza in mod obiectiv parfumurile, moscul sau ylang-ylang-ul, de aceasta data cu ajutorul unor senzori cu polimeri, dotati cu conductibilitate electrica.

De-a lungul timpului, pentru noile nasuri au fost create rafinate software-uri menite sa „stocheze“ un numar impresionant de mirosuri percepute si codificate de acestea, si numai in cativa ani au aparut peste zece companii care produc si vand astfel de organe electronice in intreaga lume. La nivel universitar, cercetarea a facut pasi mari inainte, asa ca la ora actuala se vorbeste despre o noua abordare tehnologica interdisciplinara, dezvoltata si testata de oameni de stiinta din Franta, Italia si Spania, cu finantare de la Comisia Europeana. Abordarea se va concretiza in cele din urma in lansarea pe piata a unor nasuri electronice bazate pe receptori olfactivi naturali, utilizabile nu numai in medicina, ci si in agricultura, industrie, protectia mediului sau securitate.

Food&Drug Administration din SUA le utilizeaza deja pentru analiza sigurantei alimentelor, iar la NASA, Langley Research Center foloseste senzori olfactivi electronici pentru a detecta si identifica materiale suspecte si substante periculoase. In fine, in clipa de fata, senzorii nasului electronic sunt folositi cu succes in recunoasterea si evaluarea obiectiva a esentelor de parfum, substante complexe in ceea ce priveste marea cantitate de componente chimice; in plus, nasul electronic insoteste nasurile expertilor parfumieri in complicatul proces de creatie, de la controlul maturarii esentelor in flacoane, la urmarirea evolutiei acestora din clipa in care parfumul este aplicat pe piele.  

Si totusi, considera Paolo Pelosi, inainte de a construi un nas artificial cu adevarat performant, oamenii de stiinta ar trebui sa inteleaga pe deplin cum si de ce anumite mirosuri sunt percepute de om, in timp ce altele nu. Mai ales ca, precizeaza el, potentialul olfactiv al omului s-a diminuat in decursul secolelor prin dezactivarea unei mari cantitati de pseudogene. In opinia unui alt specialist, profesorul Carlo Galoppini de la Universitatea din Pisa, simtul mirosului s-a dovedit in decursul ultimelor doua decenii cel mai complex dintre simturile umane si nu este deloc exclus ca una dintre cauze sa fie tocmai viteza cu care se regenereaza receptorii olfactivi – 2-3 saptamani –, o calitate ce transforma nasul intr-un exceptional producator de celule stem.  

De fapt, potentialul folosirii tehnologiilor olfactive este unul nelimitat, afirma Josep Samitier, coordonatorul proiectului denumit Spot-nosed, in cadrul caruia sunt dezvoltati nanobiosenzori capabili sa imite felul in care nasurile animalelor si cele ale oamenilor reactioneaza la diferite mirosuri. Pentru a permite creierului sa recunoasca 10.000 de mirosuri diferite, nasul uman foloseste circa o mie de proteine diferite, motiv pentru care felul cum a fost conceput noul nas cu biosenzori este unul extrem de complex. Un microelectrod a fost acoperit cu un strat de proteine care constituie receptorii olfactivi din nasurile animalelor („copiate“ din punct de vedere genetic de la soareci si cultivate in laborator); apoi a fost monitorizata si analizata reactia care are loc atunci cand aceste proteine intra in contact cu diferite molecule odorante, sistemul rezultat dovedindu-se in stare sa detecteze molecule odorizante in concentratii imperceptibile pentru oameni.

Daca Spot-nosed s-a concentrat pe replicarea reactiilor fizice din nasurile animalelor, unii dintre partenerii proiectului isi continua cercetarile incercand sa dezvolte instrumentele si software-ul necesare realizarii unor nasuri bionice cu aplicatii in domeniul medical, pentru diagnosticarea insuficientei unor organe, a infectiilor bacteriologice sau a unor boli precum cancerul. O provocare majora a acestor noi aparaturi de diagnostic o reprezinta insa stabilirea unei precise „semnaturi“ odorante a fiecarei boli, inteleasa ca amestec al anumitor compusi volatili ale caror concentratii in fluidele corpului uman (urina, sange etc.) sau in respiratie variaza la pacientii cu cancere, fata de indivizii sanatosi.

In ultima instanta, obiectivul nasului bionic este, pe de-o parte, dezvoltarea unui senzor biologic de mare precizie care sa poata fi utilizat pentru controlul calitatii alimentelor, pentru siguranta proceselor industriale, detectarea substantelor periculoase si a materialelor suspecte, iar pe de alta parte, dezvoltarea electronicii moleculare, prin studiul proprietatilor electrice si al manipularii fiecarei molecule biologice in parte.

Miros de om
Mirosul corpului uman este rezultatul actiunii combinate a tuturor glandelor pielii, care secreta compusi organici si sunt reglate de hormoni si de prezenta populatiilor de bacterii la suprafata epidermei. Nasul electronic a fost deja utilizat pentru decodificarea si analizarea mirosului pielii, iar la Universitatea Tor Vergata din Roma, Departamentul de Inginerie Electrica si-a propus sa aprofundeze acest subiect. Recent, dupa cum precizeaza Corrado Di Natale, cercetator in cadrul acestui departament, utilizarea nasului electronic a indicat prezenta pe corpul uman a unor substante volatile corelabile cu diabetul si bolile hepatice, iar in clipa de fata sunt in curs experimente in care nasul electronic este pus sa recunoasca anumiti compusi prezenti in respiratia bolnavilor afectati de cancer pulmonar – mirosuri inexistente la oamenii sanatosi.

Si la Institutul Politehnic din Milano, un grup de cercetatori experimenteaza de circa trei ani un nas bioelectronic care ar putea fi utilizat in diagnosticarea precoce a cancerului, maladie in cazul careia viteza de interventie este vitala. Acest studiu stiintific face parte dintr-un amplu proiect promovat de Comunitatea Europeana, in care sunt implicate, alaturi de Italia (cu Institutul Politehnic din Milano si Institutul National de Fizica Materiei din Lecce), Spania (Laboratorul de Nanobioinginerie de la Barcelona) si Franta (o echipa de biologi de la INRA din Paris si de chimisti de la Universitatea din Lyon).

Halucinatiile olfactive sunt adeseori insotite de halucinatii care privesc alte simturi si se datoreaza de obicei unor afectiuni de natura neurologica, tumorala sau psihica ale sistemului nervos central; mai rar, sunt provocate de traume sau de alcoolism acut si cronic.

Nasul indeplineste doua functii esentiale: una respiratorie si alta olfactiva. In cazul functiei respiratorii, sarcina nasului, mai precis a foselor nazale, este aceea de a filtra, purifica, umidifica si incalzi aerul din exterior care, in timpul inspiratiei, penetreaza in interiorul acestora. Epiteliul care imbraca fosele nazale este acoperit complet de un strat mucos puternic vascularizat, protejat la randu-i de „covorul“ de cili vibratili ai celulelor care il compun. Ansamblul acestor doua unitati constituie sistemul mucociliar, o bariera de fundamentala importanta in apararea mucoasei respiratorii si a cailor aeriene de agresiunea agentilor externi de natura biologica (bacterii, virusuri) sau fizica (pulberi, substante nocive, particule vehiculate in mediul inconjurator).

Particulele de diverse feluri care ajung prin intermediul aerului in fosele nazale intra in contact cu stratul mucos ce imbraca epiteliul si sunt inglobate in acesta gratie proprietatilor adezive ale mucoasei. In acelasi timp, miscarea cililor vibratili determina progresia mucusului contaminat catre faringe, unde, odata ajuns, este expectorat sau inghitit. Acest proces, denumit transport mucociliar, are asadar menirea de a indeplini functiile fundamentale de purificare si filtrare a aerului inspirat.

Pentru celelalte functii, la fel de importante, de incalzire si umidificare, este insa fundamental rolul sistemului vascular submucos, constituit de o retea anastomotica artero-venoasa, de plexurile cavernoase si de microcircuitul subepitelial. Aceasta bogatie de vase si caracteristicile lor sunt responsabile de multe „fenomene nazale“ precum reactiile alergice, rinopatiile vasomotorii sau obstructiile nazale intermitente.

» Hiperosmia este caracterizata de o exagerare a sensibilitatii olfactive care-l face pe om sa perceapa mirosuri cu o intensitate atat de mare, incat perceptia devine agresiune, cauzand de la cefalee, greata, voma, pana la crize de astm. Poate fi cauzata de evenimente fiziologice precum graviditatea sau menopauza, de alterari patologice care afecteaza sistemul nervos central si implica centrii si caile olfactive, de afectiuni neuroendocrine.

»Hiposmia si anosmia implica o partiala, respectiv o totala pierdere a capacitatii de a percepe unul sau mai multe mirosuri. Aceste afectiuni pot fi tranzitorii sau permanente, congenitale atunci cand sunt provocate de alterari de dezvoltare a cailor olfactive (destul de rare) sau dobandite in urma unor traume, tumore, procese inflamatorii ale mucoasei nazale, infectii virale, patologii de tip degenerativ.

»Parosmia este o afectiune caracterizata de perceperea unui miros diferit de cel prezent in mod real in mediu sau a unui miros care pur si simplu nu exista.

»Cacosmia inseamna transformarea perceperii unei senzatii odorante placute intr-una neplacuta. Se imparte in cacosmie falsa (sau obiectiva), provocata de prezenta proceselor patologice nasosinusale, rinofaringiene sau bronhopulmonare (sinuzite, amigdalite, faringite, carii dentare) si cacosmie adevarata (subiectiva), indusa de infectii (gripa, meningita), de intoxicatii, ca si de traume sau afectiuni neuropsihiatrice.

Termenul disosmie defineste generic orice eveniment patologic care afecteaza aparatul olfactiv. Disfunctiile olfactive pot fi impartite in doua categorii: cantitative (hiperosmia, hiposmia si anosmia) si calitative (parosmia, cacosmia, halucinatiile olfactive).

In general, se considera ca lucrurile bune trebuie sa aiba un miros agreabil, in timp ce substantele nocive trebuie sa duhneasca, in numele unei presupuse intelepciuni a corpului uman. Mirosurile au fost studiate in principal din perspectiva legaturii lor cu atractia sexuala, dar unii oameni de stiinta au incercat sa determine si daca exista temeiuri stiintifice care sa demonstreze ca mirosurile sunt placute sau neplacute in mod intrinsec.

Doar o cincime din jumatatea de milion de compusi odoranti pe care-i cunoastem reprezinta mirosuri socotite placute, si asta pentru ca, pana la urma, functiunea olfactiva primara este aceea de a pune in garda oamenii si animalele, adica de a induce o stare de activare a atentiei. Experimentele facute pe nou-nascuti au aratat ca acestora nu le plac mirosurile considerate placute de adulti; capacitatea de a recunoaste mirosurile este prezenta inca de la nastere, dar nu exista raspunsuri innascute la substantele odorante.

Faptul ca se instaureaza relatii asociative intre mirosuri si anumite contexte identificabile sau persoane si obiecte care pot fi nu numai recunoscute, dar si denumite este operational inca din primele ore de viata, dupa cum o demonstreaza preferintele olfactive ale nou-nascutilor pentru mame; dar pentru ca un miros nu este neaparat determinat de o singura substanta, reiese ca mirosul si contextul sunt componente necesare ale unui stimul conditionat complex.

Innascuta este doar inclinatia spre a invata sa facem aceste asociatii si relatia stransa dintre sistemul olfactiv si partile creierului care mediaza raspunsurile emotionale, nu si valorile furnizoare de placere ale respectivelor mirosuri.