O sentido do olfato é alcançado através das atividades do sistema olfativo. Começa quando um odor aéreo entra na cavidade nasal e atinge o epitélio olfativo (OE). O OE é protegido por uma fina camada de muco, que também serve para dissolver compostos mais complexos em odores químicos mais simples. O tamanho do OE e a densidade dos neurónios sensoriais variam entre as espécies; em humanos, o OE tem apenas cerca de 9-10 cm2.
Os receptores olfativos estão incorporados nos cílios dos neurónios sensoriais olfativos. Cada neurónio expressa apenas um tipo de receptor olfativo. No entanto, cada tipo de receptor olfativo é amplamente sintonizado e pode ligar-se a vários odores diferentes. Por exemplo, se o receptor A se ligar aos odores 1 e 2, o receptor B pode ligar-se aos odores 2 e 3, enquanto que o receptor C se liga aos odores 1 e 3. Assim, a detecção e identificação de um odor dependem da combinação de receptores olfativos que reconhecem o odor; isso é chamado de diversidade combinatória.
Neurónios sensoriais olfativos são células bipolares com um único axónio longo que envia informações olfativas até ao bolbo olfativo (OB). O OB é uma parte do cérebro que é separada da cavidade nasal pela placa cribriforme. Devido a essa conveniente proximidade entre o nariz e o cérebro, o desenvolvimento de aplicações de fármacos nasais é amplamente estudado, especialmente nos casos em que o acesso direto ao sistema nervoso central é preferido.
Dentro do OB, axónios de neurónios sensoriais terminam em uma região especializada chamada glomérulo. Neurónios sensoriais com o mesmo tipo de receptor olfativo enviam os seus axónios para os mesmos um ou dois glomérulos. Como resultado, pode haver milhares de axónios de neurónios sensoriais semelhantes convergindo dentro de um único glomérulo. Todas essas informações sensoriais são passadas para apenas 20-50 células mitrais e tufadas por glomérulos, pelo que há uma grande convergência de informações. Células periglomerulares e granulares são interneurónios inibidores que mediam a conversa cruzada entre células mitrais/tufadas antes que as informações olfativas sejam enviadas ao córtex.
Do OB, as células mitrais/tufadas projetam informações até o córtex olfativo. O córtex olfativo é um complexo de várias regiões corticais que processam informações olfativas. Uma região olfativa, a amígdala cortical, influencia as respostas emocionais ao olfato. O córtex orbitofrontal está envolvido na identificação de odores e no valor de recompensa de odores e gostos. O córtex entorrinal, outra região cortical olfativa, projeta para o hipocampo, que está implicado na memória olfativa.
A capacidade de detectar e identificar odores envolve regiões corticais de ordem superior. Essa integração de alto nível pode estar ligada ao mau funcionamento olfativo observado em muitas doenças neurodegenerativas, como Parkinson e Alzheimer. A capacidade reduzida de olfato—hiposmia—é um sintoma precoce de ambos os distúrbios.
