peuvent être explorés de manière assez similaire aux odeurs biologiques, connues pour être fortement attractives ou répulsives.
Il est important de souligner que ces différences d’attractivité ne sont pas causées par un artefact dû à la concentration des odorants. En effet, la concentration de l’odorant dans l’air inhalé conditionne l’intensité perçue des odeurs, elle-même susceptible de moduler leur valence hédonique (Henion, 1971). Afin de nous affranchir des différences de volatilité entre les odorants purs, nous les avons dilués dans l’huile minérale de façon à obtenir une pression partielle de 1 Pa dans l’air inhalé.
SIGNATURE NEURALE DE LA VALEUR HEDONIQUE INNEE DES
ODEURS
Afin d’étudier la signature neurale d’odorants à valeur hédonique positive versus négative, nous avons sélectionné les odorants les plus attractifs et les plus répulsifs de notre panel, et avons analysé les cartes d’activation neurale en réponse à ces odeurs.
L’utilisation de l’expression de gènes précoces pour révéler l’activité neuronale a été choisie de manière privilégiée par rapport aux techniques d’imagerie calcique ou de bi-photons par exemple qui proposent une résolution temporelle supérieure, car elle est la seule qui permette d’imager l’activité neuronale dans le cerveau entier avec une bonne résolution cellulaire, et est donc adaptée à notre problématique.
La réponse cérébrale aux odeurs a été examinée en imageant l’expression de gènes précoces (Zif268 et c-Fos) qui dépend de l’activité neuronale engendrée par la stimulation sensorielle. Ces marqueurs ont été largement utilisés pour examiner la réponse aux stimuli de différents cortex sensoriels (Kaczmarek et al., 1999; Filipkowski, 2000; Inaki et al., 2002; Mower & Kaplan, 2002). Nous avons cartographié l’activité neuronale en réponse aux odeurs dans le BO tout d’abord, puis dans les structures supérieures. Pour réaliser l’analyse des structures supérieures, nous avons développé une méthode permettant de recaler l’activité neuronale identifiée sur nos coupes histologiques dans un atlas de référence (étude 2), qui permet de comparer l’activité neuronale entre les groupes hédoniques dans la totalité du cerveau de manière plus rapide, précise et fiable. Des enregistrements électrophysiologiques sont venus compléter nos travaux et ajoutent une dynamique temporelle à nos données.
A – La valeur hédonique des odeurs est encodée dès le bulbe olfactif
La réponse neurale à des odorants de niveaux d’attractivité différents met en évidence une signature neurale de la valeur hédonique des odeurs dans la région ventrale du BO. Plus précisément, nous avons montré que les odeurs attractives activaient plus particulièrement la partie antérieure alors que les odeurs répulsives plutôt la postérieure du domaine ventral du BO. Afin de nous affranchir des différences d’activation liée à l’identité des odorants et ne conserver que les points communs entre les odorants de valeur hédonique similaire, nous avons moyenné les cartes d’activation obtenues en réponses aux odorants attractifs d’une part et aux odorants peu attractifs d’autre part. Ensuite, la fonctionnalité de cette représentation hédonique a été testée par optogénétique. L’inhibition de la partie ventrale du BO antérieur ou postérieur a modulé le niveau d’attractivité des odeurs ce qui a permis de mettre en évidence un encodage de la valeur hédonique des odeurs le long de l’axe antéro-postérieur ventral du BO.
Chez la souris, la couche glomérulaire du BO avait été documentée pour être un lieu de codage de la valeur hédonique innée dans le cas d’odeurs à forte connotation biologique (Xu et al., 2005; Kobayakawa et al., 2007). Les odeurs sociales connues pour être attractives seraient représentées dans la couche glomérulaire ventrale (Xu et al., 2005; Kang et al., 2009), et les odeurs biologiques aversives quant à elles seraient représentées dans la couche glomérulaire dorsale (Kobayakawa et al., 2007). Dans ces travaux, la transmission de cette régionalisation hédonique dans les couches plus profondes du BO n’a pas été étudiée, et aucune donnée n’était disponible concernant la représentation hédonique innée d’odorants non-biologiques.
Notre étude est la première à révéler une régionalisation fonctionnelle du BO sur l’axe antéro-postérieur en lien avec la valeur hédonique innée d’odorants non-biologiques.
Mais qu’elle est l’origine de ce patron d’activité spatial particulier ?
Le BO reçoit deux types d’afférences : des afférences sensorielles en provenance de l’EO et des afférences corticales ou centrifuges qui proviennent du reste du cerveau.
Premièrement, l’odeur active une combinaison d’OSNs dans l’EO (code combinatoire) qui se projettent sur les glomérules du BO de façon « zone à zone ». Ceci suggère que L’EO pourrait être le générateur de ce patron spatial d’activation hédonique bulbaire. Cependant, même si le BO reçoit dans ses régions dorsale, ventrale, médiale et latérale l’innervation des régions épithéliales homologues (Astic & Saucier, 1986; Saucier & Astic, 1986; Astic & Saucier, 1988; Touhara et al., 1999; Kobayakawa et al., 2007), aucun gradient de projection épithélio-bulbaire
n’avait été mis en évidence sur l’axe antéro-postérieur (Saucier & Astic, 1986). Sachant que la perception hédonique des odeurs est corrélée avec la taille de la molécule (Schiffman, 1974; Kermen et al., 2011; Zarzo, 2011), nous pouvons émettre l’hypothèse que le patron hédonique retrouvé au niveau du BO provient d’un patron hédonique formé dans l’EO. Lapid et al. (2011) ont montré que l’EO semble spatialement supporter la perception hédonique des odeurs. En effet, une zone de l’EO qui s’active de manière très importante en réponse à un odorant évalué comme plaisant (ou à l’inverse déplaisant) est susceptible de répondre très intensément aux autres odorants évalués comme plaisants (ou à l’inverse déplaisants) (Lapid et al., 2011). Dans cette étude, il n’a pas été révélé d’axe particulier d’activation selon la valeur hédonique des odeurs qui reste donc ainsi à découvrir ainsi que ses lois de projection anatomo-fonctionnelle sur le BO.
Deuxièmement, les retours centrifuges sur le BO pourraient être impliqués dans la formation de ce patron hédonique observé. En effet, ils projettent sur le BO au niveau des couches glomérulaire et granulaire, qui sont précisément les couches où nous avons identifié la signature hédonique, où ils pourraient moduler l’activité du BO. A notre connaissance, aucune topographie des retours centrifuges sur l’axe antéro-postérieur du BO n’a été mise en évidence. En activant différemment l’avant ou l’arrière des couches granulaire et glomérulaire ventrales et donc les interneurones inhibiteurs qui y résident, la valeur hédonique des odeurs façonne le message de sortie du BO à destination des structures olfactives secondaires. Ceci soulève la question de comment le message hédonique est-il transmis aux structures olfactives secondaires ? Et quels réseaux supportent l’attraction spontanée induite par les odorants non-biologiques ?
Il sera intéressant de visualiser les probables différences de projections entre les cellules M/P du BO ventro-postérieur et ventro-antérieur au moyen de traceurs antérogrades.
Des travaux ont suggéré que les structures olfactives secondaires seraient innervées par des axones provenant de sous-populations de cellules relais réparties de manière non uniforme dans le BO. Par exemple le TO recevrait les axones des neurones de projections localisés préférentiellement dans la région ventrale du BO (Haberly & Price, 1977; Scott et al., 1980; Imamura et al., 2011). La date de naissance des cellules relais du BO déterminerait leur localisation selon un axe dorso-ventral et médio-latéral (Hinds, 1968; Inaki et al., 2004; Imamura et al., 2011) et une étude suggère également selon l’axe antéro-postérieur (Imamura et al., 2011). En effet dans leurs travaux, Imamura et al. (2011) ont montré que les cellules relais nées tardivement migreraient de manière tangentielle dans la région postéro-ventrale du
BO et auraient tendance à cibler de manière plus importante le TO par rapport aux cellules nées plus précocement. Cette étude suggère que le TO serait enclin à recevoir l’information codant l’attractivité. Le TO possède-t-il effectivement ce rôle ? Qu’en est-il des autres structures olfactives secondaires ?
C’est ce que notre étude 3 s’est employé à déterminer en utilisant une combinaison d’approches de cartographie cellulaire (expression de c-Fos) développée dans l’étude 2, électrophysiologiques et optogénétiques chez des souris en comportement, et pharmacologiques.