HAL Id: tel-01748469
https://hal.univ-lorraine.fr/tel-01748469
Submitted on 29 Mar 2018
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
l’information par les cellules mitrales du bulbe olfactif
Maxime Ambard
To cite this version:
Maxime Ambard. Influence de l’inhibition synaptique sur le codage de l’information par les cellules mitrales du bulbe olfactif. Informatique [cs]. Université Henri Poincaré - Nancy 1, 2009. Français.
�NNT : 2009NAN10036�. �tel-01748469�
AVERTISSEMENT
Ce document est le fruit d'un long travail approuvé par le jury de soutenance et mis à disposition de l'ensemble de la communauté universitaire élargie.
Il est soumis à la propriété intellectuelle de l'auteur. Ceci implique une obligation de citation et de référencement lors de l’utilisation de ce document.
D'autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite encourt une poursuite pénale.
Contact : [email protected]
LIENS
Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 122. 4
Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10 http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
UFR STMIA
Influence de l’inhibition synaptique sur le codage de l’information par les
cellules mitrales du bulbe olfactif
TH` ESE
pr´esent´ee et soutenue publiquement le 8 juin 2009 pour l’obtention du
Doctorat de l’universit´ e Henri Poincar´ e – Nancy 1
(sp´ ecialit´ e informatique)
par
Maxime Ambard
Composition du jury
Rapporteurs : Hugues Berry Philippe Tarroux Examinateurs : Jean-Paul Haton
H´el`ene Paugam-Moisy Nathalie Buonviso Amine Bermak Directeurs : Fr´ed´eric Alexandre
Dominique Martinez
Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications — UMR 7503
Cettethèseétudiel'enodagedel'informationsensorielleparlesellulesrelaisdubulbeolfatifave
uneapproheassoiantanalysededonnéesexpérimentalesetmodélisationinformatique.Lebulbeolfatif
estprinipalementonstituéde neuronesexitateurs, ditsellulesmitrales,interonnetésviades inter-
neuronesinhibiteurs,ditsellulesgranulaires.
Dansunpremiertemps,l'analysededonnéesexpérimentalesreueilliesenonditioninvitrodansdes
tranhes de bulbe olfatif de rats révèle le aratère phasé des potentiels d'ation des ellulesmitrales
relativement aux osillations du potentiel de hamp loal. Ce phasage est largement atténué lorsque
l'onbloquepharmaologiquementl'inhibition provenantdes granules,mettant ainsi enévidene le rle
primordialde l'inhibitionsynaptique. And'extraireledéours temporel delaondutanesynaptique
inhibitrie,nousproposonsunenouvelleméthodebaséesurl'ajustementd'unmodèledeneuroneassoiéà
l'injetiondebloqueurssynaptiques.Grâeàelle-i,nousobservonsquelesutuationsdelaondutane
synaptiqueinhibitriesontorréléesàellesmesuréessurlepotentieldehamploal.Unerelationentre
l'inhibition reçue et la phase des potentiels d'ation est également dévoilée. Un neurone aura plus de
haned'émettreenphases'ilreçoitunnombreimportantd'événementssynaptiquesinhibiteursetsies
événementssonteux-mêmephasés.
Dans un deuxième temps, les résultats deette analyse sont rassemblés ausein d'un modèle infor-
matiquedebulbeolfatifan d'explorerlesapaités deodagede l'interation mitrale-granule.Après
avoirmontré quele transfertd'information desellulesmitralessemble plusrésiderdansleurs instants
préisd'émissiondepotentielsd'ationauoursdesosillationsquedansleursfréquenesdedéharges,
nous étudions analytiquement l'inuene du nombre d'événements synaptiques inhibiteurs reçus et de
leurdispersiontemporelle surlapréisionde l'ativitédes ellulesmitrales.Notre étudeonlut quela
robustesseduode produit parles ellulesmitraleslors desosillationsdu réseauest onditionnée par
uneforteinterationsynaptiqueentrelesellulesmitralesetlesellulesgranulaires.Endernierlieu,nous
appliquonsnotremodèledebulbeolfatifpourreonnaîtredesodeursàl'aided'unematriedeapteurs
degazartiiels.
Mots-lés:Neurosienesomputationnelles,olfation,neuronesimpulsionnels, inhibitionsynaptique
Abstrat
Thisthesisstudiestheenodingofsensoryinformationinolfatorybulbrelayneuronsbyombining
experimentaldataanalysiswithomputermodelling.Theolfatorybulbismainlyomposedofexitatory
ells,alled mitralells,interonnetedvialoalinhibitoryneurons,alledgranuleells.
In the rst part of the thesis, the analysis of eletrophysiologial data, reorded in vitro from rat
olfatorybulbslies,showsthatmitralellringisphase-lokedtothefastloaleldpotentialosillation.
This phase-loking is largely redued when the inhibitory synapti ondutane is pharmaologially
bloked,henehighlightingtheimportantroleofsynaptiinhibition.Inordertoextratthetimeourse
oftheinhibitorysynaptiondutane,weproposeanewmethod basedontheadjustmentofaneuron
modelfrom experimentswithloal injetionsofasynaptibloker.Usingthismethod, wendthatthe
inhibitoryondutaneutuationsareorrelatedtotheloal eldpotentialosillations.Arelationship
betweenthereeivedinhibitionandthephaseofmitralationpotentialsisalsorevealed.Theprobability
toreaphase-lokedationpotentialinreasesiftheneuronreeivesalargenumberofinhibitorysynapti
events,andiftheseeventsarethemselvesphase-loked.
Intheseondpartofthethesis,resultsfromthepreviousanalysisareusedtodesignaomputational
modelof theolfatorybulbin orderto exploretheenoding apaityof themitral-granuleinterplay. It
timingpreisionrequiresastrongsynaptiouplingbetweenmitralandgranuleells.Lastly,ourolfatory
bulbmodelis appliedtothereognitionofodoursbyusing anarrayofartiialgassensors.
Keywords:Computationalneurosiene,olfation,spikingneurons,synaptiinhibition
Remeriements
En premierlieu,je tiensbiensûràremerierDominiqueMartinez.Sapassionpourlareherhe,ses
ompéteneset saréativité en fontun herheur exellentet je penseavoireu delahane de l'avoir
ommeresponsable tout au longde e travail. Je le remerie partiulièrement pour sonexigeane qui
futparfois un peu stressante mais qui est unpréalable à tout travail sientique. Je le remeriede sa
onane et d'avoir herhé de nombreux ontrats me permettant, misbout-à-bout,de terminer ette
thèse.Je remerieFrédéri Alexandrepoursonaessibilitéet sonsoutien.Je remerieThierryVieville
poursesompétenesmathématiquesavelesquellesemondeabstraits'animed'uneviesipartiulière.
Jeleremerietoutpartiulièrementpoursasuperméthodededéonvolution.JeremerieAxelHuttpour
sonaidepréieuseonernantlaompréhensiondestestsstatistiques.JeremerieHélènePaugam-Moisy
pour m'avoir initié au monde fabuleux des réseaux de neurones impulsionnels artiiels. Je remerie
MartineKuhlmannpoursagentillesseetsavirtuositéadministrative.JeremerieYannBonifaepoursa
reletureetpoursavisionsinoireetenmêmetempssibelledenotrepossibleavenir.JeremerieNiolas
Rougierpourlareleture,poursonhumouret poursonaidedanslesdiultésinhérentesauxsystèmes
informatiques.Jeremerieégalementmesparentsdufondduoeurpourleursoutieninébranlable.C'est
uneévidene,maissanseuxjen'auraistout simplementpaspuveniràboutdeestravaux.Jeremerie
mongrandfrèreSylvainpoursonsoutienet pourm'avoirpréparéleterrainpourtellementdehoses,la
thèse y ompris.Je remerieSébastien pour sa joie de vivreet pour m'avoirbien souventéouté dans
lesmomentsdiiles onséutifs àettepériode. Je remeriema doue Stéphanie poursa fraîheuret
satendresse.J'espèrepouvoirbénéierdesaprésenedenombreusesannées.JeremerieJulienVittay
pour sauriosité,son amitiéet es soiréesàlan desquellesrien neme semblaitinaessible. J'espère
pouvoirrevivre souvent e genre de moment en sa ompagnie. Je remerie Thomas Voegtlinpour les
ammenkuhespartagéesetpourm'avoirfaitrenontrerdesibellespersonnesomptantparmisesamis.
Je lui souhaite beauoup de réussite dans ses futurs projets. Je remerie Jeremy Fix pour son rire si
disret et pour avoirsoutenu sa thèse avantmoi, me donnantainsi de nombreux onseils. Je remerie
AmineBermakpoursonaueiletsesbonsonseilspourtrouverlesbonsrestaurantsdeHong-Kong.Je
remerieGuoBinpouravoirbienvoulugoûterlauisinefrançaise dehezMaxime.JeremerieFahrid
poursagentillesseetnosdisussionssienrihissantesonernantlareligion.JeremerieThomasGiraud
poursestenuesexentriqueset pourm'avoirfaitdéouvrir desstylesdemusiqueomtemporainequeje
nesoupçonnaispas.Ennjeremerietouteslespersonnesaupseudosouventassezbizarrequiprennent
deleur temps pouraiderd'autres personnes sur les forumsInternet. C'est promis, unjour, je passerai
unesemaineomplèteàleurrendrelapareille.
Résumé i
Abstrat i
Introdution 1
Chapitre 1L'olfationetle systèmeolfatif
1.1 L'olfation. . . 5
1.1.1 Lesfontionsdel'olfation . . . 5
1.1.2 Leméanismeolfatif . . . 6
1.1.3 Lesperformanesdusystèmeolfatif . . . 6
1.1.4 Conlusion:Unsystèmeolfatifperformantàlafoisommunet diérenié . . . . 8
1.2 Anatomieetphysiologiedusystème olfatifhezlesvertébrés . . . 8
1.2.1 Anatomiegénérale . . . 8
1.2.2 Lesneuronesréepteursolfatifs . . . 9
1.2.3 Lesglomérules . . . 11
1.2.4 Lesneuronesjuxtaglomérulaires . . . 15
1.2.5 Lesellulesrelais . . . 16
1.2.6 Lesellulesgranulaires. . . 18
1.2.7 L'interationellulesrelais-ellulesgranulaires. . . 18
1.2.8 L'inhibition réurrente . . . 19
1.2.9 L'inhibitionlatérale . . . 19
1.2.10 Leortexolfatifprimaire . . . 20
1.2.11 Lesretoursortiaux . . . 21
1.2.12 Lesosillationsdubulbeolfatif . . . 22
1.3 Lesrles omputationnelsdel'inhibition synaptiquedanslebulbeolfatif . . . 24
1.3.1 Augmentationduontrastedansunodagespatial . . . 25
1.3.2 Générationd'unodageparvaguesdePA . . . 26
1.3.3 Synhronisationdesellulesmitrales . . . 28
1.3.4 Interationsdansunréseaudeneuronesrésonateurs . . . 29
1.4 Conlusion . . . 30
Chapitre 2Inuenede laondutane synaptique inhibitriesur l'ativitédubulbe olfatif en onditionin vitro
2.1 Présentationdesenregistrementséletrophysiologiques . . . 34
2.1.1 Lesenregistrementsextraellulaires. . . 34
2.1.2 Lesenregistrementsintraellulaires . . . 35
2.1.3 Protooleexpérimental . . . 35
2.2 Inuenedubloagedel'inhibition GABAergiquesurletauxd'ativité,lesosillationsetlephasagedesellulesmitrales 36 2.2.1 Uneativitéosillante atténuée . . . 36
2.2.2 Uneaugmentationdesémissionsdepotentielsd'ation . . . 39
2.2.3 L'augmentationduphasagedespotentielsd'ations . . . 42
2.3 Unenouvelleméthodepourl'extrationdesévénementssynaptiques . . . 47
2.3.1 Desméthodesantérieuresinappropriées . . . 47
2.3.2 Unenouvelleméthodeparinjetiondebloqueurssynaptiques . . . 49
2.4 DesondutanessynaptiquesorréléesauPCL . . . 59
2.4.1 Ledéourstemporel desondutanessynaptiquesmoyennes . . . 60
2.4.2 LaorrélationentrelesondutanessynaptiquesetlesignalduPCL . . . 62
2.4.3 Uneinhibitionsynaptiquedontlesaratéristiquesfavorisentlephasagedesellulesmitrales 66 2.5 Conlusion . . . 72
Chapitre 3Etudedu rle de l'inhibitionsynaptique dans un modèleinformatique dubulbe olfatif 3.1 L'inhibitionsynaptiquelatéralepourlagénérationd'osillations. . . 74
3.1.1 Uneadéquationentremodèleet ellulebiologique . . . 74
3.1.2 Uneativitéderéseauosillante . . . 77
3.1.3 Desellulesmitralesphasées . . . 79
3.2 Unestratégiedeodageolfatif . . . 81
3.2.1 Lesaratéristiquesdesvaguesdepotentielsd'ation . . . 82
3.2.2 Lareonnaissanedesvaguesdepotentielsd'ation. . . 87
3.2.3 L'inuened'uneonnetivité synaptiquehétérogène . . . 95
3.3 Appliationssurdesapteursdegaz . . . 99
3.3.1 Adaptation del'algorithme . . . 99
3.3.2 Uneodagerobuste auxdiérentes onentrations . . . 103
3.4 Conlusion . . . 104
Disussion,perspetives etonlusion 1 Disussion . . . 107
1.1 Synthèse. . . 107
1.2 Critiquesetomparaisondesrésultats . . . 108
2 Perspetives. . . 111
2.1 Quellesméthodesd'analyseomplémentaires? . . . 111
3 Conlusion . . . 115
AnnexeAFigures A.0.1 Traitementdusignal . . . 117
A.0.2 LesPAsextraellulaires . . . 126
A.0.3 Enregistrementsintraellulaire . . . 132
A.0.4 Estimationdesparamètresdumodèle . . . 140
A.0.5 Lesonduanessynaptiques . . . 147
A.0.6 Corrélationentrelesondutanessynaptiqueset lePCL . . . 152
AnnexeBMéthodes numériques B.1 Analysesdesdonnéesneurophysiologiques . . . 171
B.2 Modélisationinformatique . . . 171
AnnexeCPubliations, onférenes,posters C.1 NeuroComputing,2006. . . 176
C.2 ISCAS,2007 . . . 183
C.3 DELTA, 2008 . . . 188
C.4 COSYNE, 2006 . . . 193
Bibliographie 197
L'Hommeestlanatureprenantonsiened'elle-même.
EliséeRelus,L'Homme etla Terre, 1905.
L'étudeanatomiqueetphysiologiquedusystèmenerveuxalongtempsétélimitéeparlahautesophis-
tiationdesoutilsd'observationsnéessaires.Depuisquelquesdizainesd'années,l'améliorationroissante
delatehniqueapermisdemesurerlesméanismesmisenjeud'unemanièredeplusenpluspréise.Les
onnaissanes atuelles partagéespar une large majoritéde la ommunauté sientique font état d'un
traitement d'information opéré via une ommuniation életro-himique entre les ellules du système
nerveux.
Parmiesellules,lesneuronesonstituentunemultituded'unités detraitementreliéeslesunesaux
autresettransformant,selonertainesrègles,uneinformationenentréeenunodedesortie.Lesupport
de ette transformation est la utuation d'une diérene de potentiel életronique appelé potentiel
membranaireonstitué par ladiérenede onentrationd'ions de diversesnatures entre l'intérieur de
laparoiellulaired'unneuroneetleliquideextraellulairedanslequelilsetrouve.Un méanismeditde
pompeionique maintientenonditiondereposunediéreneéletroniquenégativeentrel'intérieuret
l'extérieurdelaparoiellulaire.Lorsquelepotentielmembranairedevienttropélevé(pasasseznégatif),
un méanisme ionique onduisant à une brusque élévation de e potentiel se délenhe. En quelques
milliseondes,lepotentielmembranairepassedeprèsde-60mVàprèsde0mVpuisretourneàunpotentiel
hyperpolariséentre-80et-50mV.Onappelleetteforteutuationunpotentield'ation.Lavariationde
epotentielmembranaireestrégieparequel'onappelledesanauxioniquesdontledegréd'ouverture
dénitlaquantitéd'ions transitantdepartetd'autredelaparoimembranairedelaellule.Certainsde
esanaux ontundegré d'ouverturequi dépend dupotentielmembranaire delaellule.Ils onstituent
lesaratéristiqueséletroniquesintrinsèquesduneuroneetgrâeàeux,leneuronepeutsoitresteràun
potentielmembranairestablesoit émettredespotentielsd'ation.
D'autresanaux sontontrlés pardesmoléules omplexes appeléesdes neuroréepteurs etsituées
sur la paroi membranaire de la ellule. L'ativité de es neuroréepteurs est elle-même ontrlée par
la onentration dans le milieu extraellulaire de moléules appelées neurotransmetteurs. Ces neuro-
transmetteurssontrelâhésdanslemilieuextraellulairesuiteàl'émissiondespotentielsd'ationparles
autresneurones.Lorsquelepotentield'ationd'unneuronedélenhelalibérationdeneurotransmetteurs
etqueeux-iativentlesneuroréepteurssituéssurunautreneuronegénérantainsiune utuationde
sonpotentielmembranaireparl'intermédiairedelamodiationdel'ouverturede sesanauxioniques,
onditqueesneuronessontliésparune synapsehimique.Le neuroneémetteur duneurotransmetteur
estappelé leneuroneprésynaptiqueet leneuronesur lequellesneuroréepteurs sontativésest appelé
le neurone postsynaptique. Ce type de ommuniation himique entre deux neurones est favorisé par
une protubérane dansla forme de laparoi duneuroneprésynaptique. Cette partiularitéanatomique
est appelée lebouton synaptique. Sa dimensionontrle en partie la quantité de neurotransmetteurs
libéréeetlaquantité deneuroréepteursativéeprovoquantalorsuneutuationdupotentielmembra-
naireduneuronepostsynaptiqueplusoumoinsimportante.Leboutonsynaptiqueestséparéduneurone
postsynaptique par un espae restreintappelé la fente synaptique et dans lequel transitent les neuro-
transmetteurs. L'ativation d'une synapse va don onduire le potentiel membranaire à se dépolariser
(lepotentiel estau-dessusdesonpotentielmembranaire derepos)ou às'hyperpolariser(endessousdu
potentielmembranairederepos).
L'anatomiedesneuronesesttrèsvariable.Unshémagénéralprésenteeux-iommeétantonstitués
d'un arbre dendritique, ramiation de la paroi ellulaire sur laquelle se trouvent les neuroréepteurs
synaptiques.Aetteramiationestreliélesoma,orpsellulairedanslequelseonentreunelargepart
desionsdénissantlepotentielmembranaire.Enn,l'axoneestune ramiationdelaparoidendritique
partantdusoma.Suretteramiationseonentrentlesterminaisonsprésynaptiquesresponsablesde
lalibérationdeneurotransmetteurslorsdel'émissiond'unpotentield'ationparleneurone.
A ette population de neurones, s'ajoute elle des ellules gliales. Elles sont plus de 10 fois plus
nombreuses que les 100 milliards de neurones d'un erveau humain. Leur rle essentiel est le support
de fontionnement des neurones en leur prourant l'énergie. Selon les onnaissanes atuelles, ellesne
sont que peu impliquées dans le traitement diret de l'inux nerveux mais e point fait atuellement
débat[FieldsetStevens-Graham,2002℄.
Malgré la onstante amélioration des onnaissanes onernant le système nerveux, des questions
essentielles restent enoreen suspens.Parmi elles-i, laforme préise du ode neuronal utiliséepar le
système nerveuxest l'unedes plus débattues. On peut par exemple sedemander si l'information d'un
neuroneest transmiseparsafréquenededéharge(lenombredepotentielsd'ationproduits parunité
detemps)oubienparsonativitérelativeauxautresneuronesappartenantàlamêmestruture. Cette
question est légitimée par la présene quasiment uniforme et permanente d'une ativité életronique
osillantedansleerveau.
Ces ativitéséletriquesosillantessontl'unedesaratéristiquesprinipalesdusystèmenerveuxen-
tral.Quel quesoit l'instrumentde mesureutilisé, pourpeuque sa résolution temporelle soit assezne
(de l'ordre de la dizaine de milliseondes), les signaux enregistrés (életroenéphalogramme, potentiel
dehamploal,enregistrementintraellulaire...)présententundéourstemporel utuantselondesfré-
quenespartiulières.Pourtantettedynamiqueestenoremalomprise.Onnesaitpasquellesensont
lesausesetsurtout,quelleestsoninuenedansletransfertd'informations.L'insertiondeettetempo-
ralitédansleodagedesréseauxdeneuronesest enoreunehosedéliateàmanipuler.Comprendree
méanismeserasûrementl'unedesnouvellesgrandesavanéesàvenirdanslaompréhensionduerveau.
Certainesthéoriesplaentesosillationsommel'undessupportsprinipauxdutransfertd'informa-
tionentrelesdiérentes struturesneuronales[Singeret Gray,1995℄.Lesausesdees osillationssont
suseptibles d'être multiples selon lastruture neuronale dans laquelle elles apparaissentet selon leurs
fréquenes.Ilesttrèsprobablequelesinterationssynaptiquesentreneuronesensoientl'unedesauses
prépondérantes.
Cette thèse étudie les interations synaptiques au sein d'une struture neuronale appelée le bulbe
olfatif.Plusieursraisonsfontdeeréseaul'undesplusétudiésparlaommunautésientique.Laprin-
ipaleestertainementqu'ilestassezfailementloalisableanatomiquement.Uneautreestqu'ilestassez
faiblementinnervépardesaérenesvenantduortexequifaitdeluiunsystèmeassezfaileàappré-
hender.Enn,sariheativitéosillanteissued'interationsnombreusesentrediérentespopulationsde
neuroneslorsdestimulationsolfativespermetd'étudier denombreuxphénomènes intervenantdansles
réseauxneuronauxtelquelerledesosillationsdansleodagedel'information.
Lesméthodes utilisées dans es travauxs'appuient largementsur le alul informatique. L'essorde
ettedisiplinees30dernièresannéesadonnéunnouveloutiltrèsperformantpourl'étudedusystème
nerveux. Cette relation bénéque est bilatérale ar l'étude du système nerveux a lui aussi permis des
grandes avanées en termes d'algorithmie.Par exemple, l'algorithme appelé "pereptron" est basé sur
l'intégrationdesinterationssynaptiquesparlesneurones.Pourtant,degrandsprogrèsrestentàréaliser
danslaompréhensiondeesdeuxdomaines.L'histoireommunedel'informatiqueet desneurosienes
prometteuse.Les résultatsprésentésdans e doumentombinentdes analysesde donnéesbiologiques,
delasimulationnumériqueetdesanalysesmathématiques.L'utilisationdemodèlesetleursonfrontations
avedesdonnéesbiologiquespermettentdedégagerdiérentssénariosquantàlaproblématiqueinitiale.
Nous montronsun lien entre l'ativité des ellulesGABAergiques et lesosillations dupotentiel de
hamploaldanslebulbeolfatifduratenonditionsinvivo.Nousmontronsquelearatèreyliquede
laréeptiond'événementssynaptiquesinhibiteursonditionnelephasagedesellulesmitralesparrapport
aupotentiel dehamploal.Nous montrons quelaquantité d'évenementssynaptiquesinhibiteursreçu
inuenelapréisiondesémissionsdepotentielsd'ation desellulesmitrales.Nousenonluonsquela
préisiondel'informationtransmisedépenddutauxd'interationsentrelesdiérentstypesdeellulesdu
bulbeolfatif.Nousappliquonsesidéesauseind'unnezéletroniqueand'obtenirunsystèmeartiiel
bio-inspirépermettantdereonnaîtrediérentsgaz.
Lesapportsprinipauxdeestravauxrésidentdanslanouvelleméthoded'extrationdesondutanes
synaptiquesàpartir d'enregistrementsintraellulairesprésentée dansle seondhapitreet dans l'étude
analytiqueonernantl'inuenedunombred'événementssynaptiquesinhibiteursreçussurlapréision
desémissions de potentiels d'ation des ellules prinipales au ours d'osillations suessivesprésenté
dans le troisième hapitre. Le premier de es apports permet d'étudier simultanément la ondutane
inhibitriereçueparunneuroneetsonpotentielmembranaireenrégimed'émissiondepotentield'ation,
equi, àlaonnaissanedel'auteur,n'aenorejamaisétéréalisé.Leseonddeesdeuxapportspermet
dedonneruneonditionnéessaireàunestratégied'enodageneuronaledel'information.Cetteondition
exprimeentreautresqueplusl'interationsynaptiqueentrelesellulesmitralesetlesellulesgranulaires
estforte,meilleureest lapréisiondel'enodagedel'informationparlesosillationsrapidesduréseau.
Le premier hapitre est onstitué par une présentation de e qu'est l'olfation et de e que l'on
onnaitde l'anatomie et de laphysiologiedubulbe olfatif.La dernièresetion dee premier hapitre
présenteunelistedesprinipauxsénariosquantaurledel'inhibitionsynaptiquedansletraitementde
l'informationolfative.Leseondhapitreprésentedesanalysesdedonnéesbiologiquesenregistréeshezle
ratenonditioninvitro.Dansettepartieestentre autresprésentéeunenouvelleméthoded'extration
des ondutanes synaptiques reçues par le neurone. Le troisième hapitre présente des résultats de
modélisationreprenantdesinformationsaquisesdanslehapitrepréédent.Dansetroisièmehapitre
est présentée une analyse mathématique montrantque lapréisionde l'ativité des ellulesprinipales
dubulbeolfatifdépenddesaratéristiquesdelaréeptiond'événementssynaptiquesinhibiteurs.Cette
relation permet de prédire que la robustesse du ode neuronal transmis par le bulbe olfatif néessite
uneinterationentreellulesmitralesetellulesgranulairessusante.Lequatrièmehapitreonlutes
travaux.
L'olfation et le système olfatif
1.1 L'olfation
Le soleil se ouhe à l'horizon. Les bruits du jour laissent plae peu à peu aux ris des animaux
noturnes. Après une longue journée passée à brouter les herbes éparsesde lasavane,les antilopesse
regroupenten troupeau pour aller boire à la mared'eau laplus prohe. Elles saventqu'à e moment
préis, elles ourent le risque d'être hassées par des fauvesaamés. Bien qu'elles soient très rapides,
l'issuede la ourseave unlion est inertaine et laprobabilitépour esantilopesde nirdéhiquetées
pardesrosaérésnonnégligeable.Pourantiiperetéviterlepire,ellessentent.Ellessententdetoutes
leursforesardeetteapaitédépend leursurvie.
Cequenousappelonsodeurestl'expressionpereptiveissuedelarenontreentredesmoléulesetle
systèmeolfatif.Ladénitiond'uneodeurétantplusdenaturepereptivequehimiqueouphysique,son
étuderentre dansle hampdelapsyhophysique[Keller et Vosshal,2004℄.Onappellestimulusolfatif
l'exitation des réepteurs olfatifs par des moléules. Une moléule partiulière générant un stimulus
olfatifestappeléeunodorant.Lesodorantspeuventêtreprésentsdansunmilieuliquideougazeux.On
parledond'olfationqueesoitpourlesêtreshumainsoupourlespoissons.
1.1.1 Les fontions de l'olfation
L'olfation est une aratéristiquedu monde vivant. Erwin Shrödinger (prix Nobel de physique en
1933)n'apas étudiélaVie queparl'intermédiairedeshats.Ilprésente lesorganismesvivantsomme
dessystèmesphysiquesonsommantdel'énergie externean deonserverleur organisationinterne qui
tendrait,sinon,audésordre [Shrodinger,1944℄.IlyaProgogine (prixNobeldehimieen1977)aané
etteidéeen rapprohantlemondevivantdesréations himiquesloin del'équilibre thermodynamique
(onsommantdel'énergie),elles-ipouvantalorsgénéreruneauto-organisationdesélémentspermettant
ladissipation del'énergie onsommée [Prigogineet Stengers, 1984℄.Maturanaet Varela ont nommé e
priniped'auto-organisationommeautopoïétique si lesproduits des réationshimiquesdu système
favorisentlaontinuationdesréationsqui lesontgénérées.Ilsinsistentsurlanotiond'interfaedémar-
quant non seulementtopologiquement lesystème vivant mais onstituantégalementle lieu d'éhanges
d'énergie permettant le ltrage des entrants. La ognition est alors onsidérée omme le reet de la
sophistiationdufontionnementdeettemembrane[MaturanaetVarela,1980℄.
Dans e adre, l'olfation sesituedans lanature semi-ouvertede laséparationentre l'organismeet
sonmilieu.Elledonne,ommelagustation,desinformationsessentiellessurlaompositionhimiquedu
milieuenvironnant.L'organismeétantonstitué parunréseauderéationshimiques, l'interventionde
moléulesétrangèresàesylesmettraitenpériltoutlesystème.Uneanalyseetunltragedeelles-i
est donessentielan de reonnaîtreelles bénéquesausystème (aliments) de elles quisontnéfastes
(poisons).
Cette fontion est si importante qu'elle est apparuetrès tt dans l'évolution dumonde vivant.Les
batériesont,surlepourtourdeleurmembrane,desréepteurshimiquesleurpermettantd'analyserleur
environnement sanspourautantpermettre àtoutesles moléules de franhir leursmembranes.[Alder,
1969℄.DesorganismesmultiellulairesrelativementprimairesommeleverCaenorhabditis Elegans sont
dotés d'un système olfatif rudimentaire mais dont une part des onstituantsest identique à euxdes
mammifères [L'Etoile et Bargmann, 2000℄.Cei suggère une grande anienneté dans la phylogénie du
système olfatif, les onstituants restantles mêmes mais leurspéialisationdépendantdu mode de vie
desorganismes.Deuxespèesprovenantdelamêmesouhepeuventainsivoirleurspetrederéepteurs
himiquessespéialiser[MBride,2007℄.
L'olfation ne sert pasqu'à l'alimentation. Une utilisationimportante en est faite entantque sup-
port de ommuniation. Ces odeurs émises par les animaux sont alors appelées phéromones. Pour de
nombreusesespèesanimalestelles quelesfourmis,lesupporthimiqueestleveteurprinipal deom-
muniationentre lesindividus. L'analysedes phéromonesaengendré hezertainesespèesomme les
rongeurs(pashezl'êtrehumain) [Shepherd, 2007℄,l'apparitiond'un système neuronalqui yest exlu-
sivementdévolu.Ilest onstitué d'unensembleséparé deréepteurshimiques regroupésausein d'une
struture appelée l'organe voméronasal et d'une seonde struture neuronale dédiée au traitementdes
informationsappeléelebulbeolfatifaessoire[Eisthen, 1992℄.Alorsque,hezlesêtreshumains,beau-
oupdegènesodantlesréepteursauxphéromonesnesontplusexprimés,ilapparaitquenosréations
etjugementssontenpartieguidéesparnotreodorat[Kovasetal.,2004℄.
Outrelareherhed'alimentsetlaommuniationintra-espèe,l'olfationsertégalementàladétetion
dedangers.Ainsidesanimauxpourrontsentirl'arrivéed'unprédateuravantqueelui-in'aitlesapaités
physiques delesatteindre. D'autresutilisationsmoins ommunesexistent. Certainesplantes arnivores
dégagentune odeurqui attiredesinsetesqui seposentetseretrouventengluésoubien noyés,servant
alorsdeomplémentsnutritifs.
1.1.2 Le méanisme olfatif
Généralement,l'olfationestoupléeavelarespiration,queelle-isoitaérienneouaquatique.Dans
e as, la prise d'oxygène se fait par une ontration musulaire entraînant un aux d'air (resp. eau)
verslespoumons(resp.branhies).Lorsdeetrajet,unepartieduuideentreenontataveuneparoi
surlaquellesesituentdiérentsréepteurshimiques.Ceux-is'ativentenfontiondesaratéristiques
des moléules reçues. Lesinsetes ont, quantàeux, une organisationanatomique très diérente.Leurs
organesrespiratoiressontdisséminéssurtoutleorps(souslaarapae)etlesréepteurshimiquessont
situéssurlesantennes.Respiration etolfationsontalorstotalementséparées.
Deparletransportdesmoléulesgrâeàlauiditédumilieu,l'olfationestunmoyenprivilégiépour
lareherhegéographiquedenourriture,dedangersouenoredepartenairessexuels.Ce omportement
dereherheest exprimépardesstratégiesexploratoiresqui dépendentdesaratéristiquesméaniques
dumilieu[BalkovskyetShraiman,2002℄.
1.1.3 Les performanes du système olfatif
Lespropriétéshimiquesdesmoléulespouvantêtreradialementdiérentesenfontiond'une"petite"
analysetrèsnequantàlanatureduomposéhimique.Commeprouessedumondeanimal,onpeutiter
lasourisetlamitequisemblentapablesdedisernerdeuxénantiomères[Maet Shepherd,2000,Ulland
etal., 2006℄.Danslamême atégorie,hezl'Homme,lehangementd'unatometransformantl'otanol
enaide otanoïquehangerasasenteurderoseenodeurserapprohantd'unalimentavarié.
Ladétetion d'unemoléuleest onditionnée àunseuil limite de onentration.Celui-idépend de
l'espèe et de la nature himique étudiée. Il varie également en fontion des individus. La mesure de
onentrationdesmoléulesauseindusubstratsedonneenpartiespourmillions(ppm)oupartiespour
trillions(ppt)exprimantainsilaproportion,auseind'unemêmeunitévolumétrique,demoléulesd'une
ertainenaturepar rapportau nombretotaldemoléules dumilieu danslequelellesévoluent.Le seuil
de détetion peut desendre à quelques dizaines de parties pour trillions hez la souris pour ertains
aldéhydes[Laskaet al.,2006℄.
En ondition éologique, le système d'analyse des informations olfatives doit permettre la reon-
naissane d'une odeur quelle que soit sa onentration an de déterminer la nature de la soure odo-
ranteindépendammentdesadistane. Bienqu'assezrobuste vis-à-visdelaonentration,l'olfation de
l'Hommepeut onduireelui-i à onsidérerune moléuleomme le diphenyl méthane omme sentant
le géranium ou bien l'orange en fontion de sa onentration [Gross-Issedorf et Lanet, 1988℄. A part
ertainesmoléules,lapereptiondesodeursresteidentiquesurdelargesgammesdeonentrations.
L'analyse des signaux odorants doit également permettre de séparer diérentes odeurs entre elles
an,parexemple,dereonnaîtrel'odeurd'unprédateuraumilieud'unenvironnementhangeant.L'être
humainpeutdéteterjusqu'à12omposésdiérentsauseind'uneodeur[JinksetLaing,1999℄.Pourtant,
une odeur peut aussi bien résulter d'un seul type de moléuleque de multiples substanes himiques
ombinées en ertaines proportions. Le système d'analyse doit don eetuer à la fois une tâhe de
segmentationetunetâhederegroupementdesodorants.
Ce problème seretrouvedans d'autressystèmes pereptifstelsque lavision et l'audition. En eet,
lareonnaissanevisuelled'objetsmetenjeuàlafoislareonnaissanedesonstituantsmaisaussiune
synthèse plus globale. Les diérenes dans la nature de es stimuli rendent diile l'appliation dans
l'olfation des onnaissanes issuesdu système visuel ou auditif. Ilsemble que lasimilarité entre deux
stimuliolfatifsonditionnelargementlamanièredontseraperçuunmélangedeesdeuxomposés.Plus
deux stimuliolfatifs serontprohes, plusleur mélange entraîneraune pereption diérente de haun
desdeux reçusséparément[Wiltroutet al.,2003,Kayet al.,2003℄.
Lesperformanesdusystèmeolfatifsontenoreplusimpressionnantesquandononsidèrelanature
desstimuliolfatifs.Ceux-iétantdesmoléules,toutelarihesse desdiérentesombinaisonspossibles
d'élémentsyestexprimée.Cesstruturesnesontpasrédutiblesàquelquesvaleursommepeuventl'être
lesphénomènesondulatoiresquesontparexemplelesphotonset lessons.Cei engendreunetrèshaute
dimensionnalitédanslanature dustimulus.Plusde10000odorantsdiérentsontétéreensés.
Chaun d'eux n'est pas assoié à un réepteur spéique. Pour déteter toutes es moléules, on
ompteparexempleenviron1000réepteursdiérentshezlasouriset4000hezl'Homme[Crastoetal.,
2001℄[Godfrey et al., 2004℄.Chaundes typesde réepteursréagità unpanel destrutures himiques
pluttqu'àunemoléuleenpartiulier[Duhamp-Viretetal.,1999℄.Ainsi,unodorantativeraplusieurs
famillesderéepteurset une famillederéepteurs peutêtre ativéeparplusieursmoléules diérentes.
L'ativationdesneuronesréepteursolfatifsestainsitrèsrépartieauniveaudel'épithélium olfatif,les
sous-populationsde réepteurs ativéspar diérentes odeurs se reouvranten large proportion [Ma et
Shepherd,2000℄.
1.1.4 Conlusion: Un système olfatif performant à la fois ommun et dié-
renié
Les performanes de l'olfation animale sont enore loin d'être atteintes par les systèmes arti-
iels[Röket al., 2008℄.La hautedimensionnalitédu stimulusnéessite unappareillageomplexe pour
les apteurs himiques mais également une analyse des signaux performante. Dans es deux domaines
beauoupde hoses restentàfaire.Ilest d'autantplusintéressantdeomprendreet de s'inspirerde la
biologiearellefournit unexempleonretdesystèmeayantrésolues diérentsproblèmes.
Lesdiérentssystèmesolfatifssontadaptésaumodedeviedesespèesquiensontpourvues.Quee
soit auniveaudela formedesorganessensorielsou auniveauomportemental,haqueanimal possède
son propre fontionnement. Mais, répondant à des objetifs semblables dans tout le règne animal, les
onstituantstelsquelesréepteurshimiquessonttrèssemblablesd'unanimalàl'autre[Jaquin-Jolyet
Merlin,2004℄.Demême,leshémagénéraldeliaisonentrediérentespartiesoufontionnalitéssembleêtre
assezonservédansunelargepartdurègneanimal[HildebrandetShepherd,1997℄.Cetteressemblaneest
prinipalementpereptibleauniveaudel'organisationnerveuse.Parexemple,uninsetedontlesystème
nerveuxest trèsdiérentdeeluid'unmammifère,possèdedesstrutures dédiéesautraitementolfatif
appelées "lobesantennaires"serapprohantparbien des égardsde sonéquivalent hezle vertébré : le
bulbeolfatif[KayetStopfer,2006℄.
1.2 Anatomie et physiologie du système olfatif hez lesvertébrés
Lesystèmeolfatiftransformeuneinformationhimiqueeninformationspatio-temporelleonstituée
par des potentiels d'ation de neurones. Cette transription néessite diérentes étapes de traitement
d'informationstellesque odage-déodage,synthèse, détetiondesimilarités...Chaun desonstituants
responsabledutransfertd'informationsentrelesneuronesréepteursetleortexolfatifaunrleompu-
tationneldépendantdesonanatomie,desaphysiologieetdeelledesélémentsavelesquelsilinteragit.
L'étudeséparéedeesdiérentsonstituantsfortementintriquéspeutentraîneruneinompréhensiondu
shémaglobal.Pourtantlaomplexitédusystèmerendnéessaireette démarhepréliminaire.
1.2.1 Anatomie générale
Que e soit hezles mammifères[Lledo et al., 2005℄,lesoiseaux [Gomez et Celii, 2008℄ou lespois-
sons[HamdanietDoving,2007℄,lapremièreétapedusystèmeolfatifesttrèssemblable.Desréepteurs
himiquesappelés "neuronesréepteursolfatifs"(NROs)sesituentsurunsupport dédiéappellé"l'épi-
thélium olfatif" (voir leshéma 1.1). Les diérentes famillesde es réepteurs seprojettent, versdes
struturesglomérulaires,formantainsilenerfolfatif.Cesglomérulesonstituentuneouhesuperielle
deequ'onappellelesbulbesolfatifs(unpourhaquenarine).Ceux-iontuneformeoblongue.Chaun
estonstituédesixouhesonentriques(voirl'anatomiesurleshéma1.2):
1. lenerf olfatif
2. lesglomérulesetellulespériglomérulaires
3. leplexiformeexterne
4. lesellulesmitralesetellulesàpanahes
5. leplexiformeinterne
6. lesellulesgranulaires
Ensortiedesdeuxbulbes,lesaxonesprovenantdesellulesmitralesdesbulbesolfatifsserassemblent
Fig. 1.1 Shéma présentant la loalisation de
l'organevoméronasal(VNO), del'épithélium ol-
fatif(MOE), dubulbeolfatifprinipal (MOB)
etdubulbeolfatifaessoire(AOB)hezlerat.
Imageadaptéede[Lledoetal.,2005℄.
Fig. 1.2 Shéma présentant une oupe trans-
versale du bulbe olfatif. De haut en bas, Les
neurones réepteurs olfatifs (NRO), la lame
riblée (LC), le nerf Olfatif (NO), la ouhe
glomérulaire (CG), les orps ellulaires des
ellules mitrales (M), les orps ellulaires des
ellules granulaires (G), les bres entrifuges
(FC). En enart en bas à droite, un shéma de
la onnetivité des diérents onstituants, l'ar
de erle en pointillé représente les glomérules,
(PG) représente les ellules périglomérulaires,
(M) les ellules mitrales,(G) les ellules granu-
laires, (FC) les Fibres Centrifuges. Image tirée
du site Internet
http : //olf ac.univ − lyon1.f r /documentation/olf action/medecine
_sciences /medecine
_sciences − 2.html
réalisé parAndréHolleyet GilleSiard.
primaire(voirlamorphologiedestratusolfatifssurleshéma1.3).Comparéeauxautresvoies senso-
rielles,l'olfation présente ladistintion majeure de ne pas(ou peu hez ertainesespèes) innerverle
thalamus[Shepherd,2007℄.
1.2.2 Les neurones réepteurs olfatifs
Chezlesvertébrés,lesneuronesréepteursolfatifs(NROs)sontdesellulessituéesdansl'épithélium
olfatifet spéialiséesdansladétetiondesubstaneshimiques.L'épithéliumolfatifd'unêtrehumain
adultea pour dimensionapproximative 2msur 5met est situé au fond de la avité nasale. Chez la
souris,onaestiméà5millionslenombredeNROsprésentsauseindel'épithéliumolfatif[Zhou etal.,
2001℄.L'organisationspatialedesNROspeutêtre déomposéeen4grandeszones queesoit auniveau
del'expressiondesgènesdénissantlesréepteurs[Buk,1996℄oubienauniveaudeleursréponses[Sott
etal.,1997℄(voirshéma1.4).Chaqueréepteursembleseantonneràuneuniquezone,eszonesétant
symétriquesparrapportauxdeuxnarines.
Les NROs sontdes neuronesbipolaires [Gethell, 1986℄.Une dendrite apialeva duorps ellulaire
jusqu'àlasurfaede l'épithélium. A ette extrémité, ladendriteprésente unrenementappelé bouton
olfatif. Celui-i se divise en de nombreux laments appelés ils olfatifs (voir leur morphologie sur le
shéma1.5.A).Alasurfaedeesilssesituentlesréepteursolfatifs(ROs).Ceux-isontdediérents
types.ChaqueNROn'exprimesursesilsqu'unseultypederéepteurs.Lesdiérentstypesderéepteurs
Fig. 1.3 Shéma présentant les
projetions du bulbe olfatif hez
l'Homme. Image tirée et adaptée de
http : //www.kb.u − psud.f r/etudes − medicales/cours/DCEM1/OLF ACT IO N08.pdf
.Fig.1.4Shémaprésentantlesdiérentes zonesdel'épithélium olfatifainsiqueleurorrespondane
avedeszonesdelaouheglomérulaire.Imagetiréede[Morietal.,2006℄.
Les ROs font partie de la famille des réepteurs ouplés aux protéines G odées dans le génome.
L'identiation de ettefamille de gènes aonduit àla remise du prix Nobel de Physiologie en 2004.
Dans es travaux [Buk et Axel, 1991℄, une super-famille de 1000 gènes diérents (
3%
du nombre degènestotal)quipeuventhaunexprimerunréepteurolfatifdiérentaétéprésentée.Celafaitdeette
familledegèneslaplusimportantedetoutlegénotype.Chezlasourislenombredegènesexprimésetdon
deréepteursolfatifsest approximativementde1000alorsquehezl'Hommeil estapproximativement
de400.Cettediérenesembleêtreissued'unepartdel'inativationdeertainsgènesodantl'olfation
hezl'Hommeet d'autrepartd'uneaugmentation dansladiversitéde esgèneshezlasouris[Niimura
etNei,2006℄.
L'ativation de es réepteursolfatifs au sein des ils entraîne une asade de réationshimiques
résultantenune dépolarisationdupotentielmembranaire duNRO.Si ette dépolarisationdépasse une
valeur ritique, le neurone émet un potentiel d'ation. Ce potentiel d'ation généré près du soma se
propageensuitelelongd'unaxone non-myelinisé. LesaxonesdesNROsserassemblentet traversentla
lame riblée qui sépare la avité nasale (où se situe l'épithélium olfatif) et la avité érébrale (où se
situentlesbulbesolfatifs).Touslesaxonesexprimantlamêmefamillederéepteursonvergentversune
strutureappelée"glomérule".
Lesneuronesréepteursolfatifsprésententune ativitéspontanéepouvantêtre deplusieurspoten-
tielsd'ationpar seondehezle rat.Chaun dees neuronesréagitàunegrande variétéde moléules
himiques.L'intensitédeleurréponseestmoduléeenfontiondel'espèehimiqueetdesaonentration.
Leurréation enversunstimuluspeut searatérisersoit enune augmentationsoit en une diminution
del'ativitéparrapport àellespontanée(voirillustrationavel'enregistrementg.1.5.B).Une même
ellule peut être exitée par ertainesmoléules et inhibée par d'autres. L'exitation reste la réation
privilégiéepuisqu'elle onstitue plusde 90%des réponses signiatives.Ainsi, une odeur engendre une
augmentationmoyennedel'ativitédelatotalité desneuronesréepteurs[Duhamp-Viret etal., 1999℄.
SiplusieursmilliersdeNROd'unemêmefamilleonvergentversunmêmegloméruleets'ativentàprès
de 100potentielsd'ations parseonde, le glomérule réepteur est alors le siège d'une intense ativité
synaptique.
Ce que détetent exatement lesNROs resteenore assezméonnu. Ils semblentêtre sensibles àla
géométriemoléulaire ommelalongueurdes haînesarbonnées ainsiqu'aux groupeshimiquesatifs
[Uhidaetal.,2000℄.LeuromportementsembleenoreplusdiileàernerpuisquelesNROssontnon
seulementsensiblesauxsubstaneshimiquesmaiségalementauxuxd'airquilesamènent,faisantd'eux
desréepteursméaniques[Grosmaitreet al.,2007℄.Ils sont donsensiblesàla naturede l'odorant, sa
onentrationetàladynamique demiseenontat[Krivanetal.,2002℄.
Les neurones réepteurs olfatifs ont la partiularité de se régénérer en quelques dizaines de jours
[Herzog et Otto, 1999℄. Ils onstituent un des premiers exemples lairement identiés de neurogénèse
ontinueauseindusystèmenerveuxentral.Celle-iseproduitauseindel'épithéliumolfatif.Desellules
dites basales se diérenient pour se transformer en neuronesréepteurs olfatifs. Les axones de es
neuronessontensuiteguidésverslesglomérulespardesellulesglialesengainantes.Cettearatéristique
estd'unegrandeimportanedanslestentativesdetraitementdeslésionsneuronalesommeellespouvant
survenirdanslamoelleépinière[Raisman,2001℄.
1.2.3 Les glomérules
Lesglomérulessontdesstruturessphériquessituéessurlepourtourdesbulbesolfatifs.Ellespeuvent
avoirundiamètre dequelquesdizainesoubienquelquesentainesdemironsselonlesespèesanimales
[Chen et Shepherd, 2005℄.Chaque glomérule reçoit les axones issus d'une même famille de réepteurs
olfatifs[Mombaerts,2004℄.IlsemblequelesNROsprovenantd'unemêmezonede l'épithéliumolfatif
seonnetentà des glomérules prohes spatialement. De plus, les glomérules présentant des domaines
A B
Fig.1.5 A: Shéma présentant l'anatomie desneurones réepteursolfatifs situésdans l'épithélium
olfatif.Imagetiréeetadaptéede[Mombaerts,2004℄.B:Enregistrementsextraellulairesdespotentiels
d'ationémis parunneuroneréepteurolfatif. Dehautenbas: l'ativitéspontanée(sans stimulation)
etl'ativitépour6moléulesdiérentes.Latraelaplusbassereprésenteles2seondesdurantlesquelles
leréepteureststimuléparune odeur.Imagetiréede[Duhamp-Viretet al.,1999℄.
réalisent des synapses sur les dendrites de ellules mitrales ou sur les dendrites de ellules à panahe
(voirsetion1.2.5).Lesdendritesde ellulesjuxtaglomérulairessontégalementprésentes auseindees
strutures[Urbanet Sakmann,2002℄.
Cesdiérentessynapsessontséparéesspatialementauseind'unglomérule.Unepremièrezoneonsti-
tue le lieu prédestiné aux synapses axodendritiques et dendroaxoniques entre l'axone du nerf olfatif
et les dendrites des ellulesrelais et des ellulesjuxtaglomérulaires. Une seonde partie est dédiée aux
interations dendrodendritiques entre lesellules relaiset lesellules juxtaglomérulaires[Kosakaet al.,
1998℄(voirlaphoto etl'illustrationd'uneoupedegloméruleg.1.6).
Le taux de onvergene hez les vertébrés est approximativement de 5 000-10 000 NROs pour 1
glomérule[ChenetShepherd,2005℄.Cetauxexeptionnellementélevépeutservirplusieursfontionsdont
voiiunelistenonexhaustive:maintenirunnombredeonnexionssynaptiquesàpeuprèsonstantentre
lesellulesmitralesetlesNROsmalgréleontinuelrenouvellementdeesderniers;amplierlaréponseet
prévenirladéfaillanefontionnelledeplusieursNROsd'unemêmefamille;favoriserlasynhronisation
despotentielsd'ationsémisparlesNROsparunméanismeappelél'interationéphaptique[Kemermans
etFahrenfort,2004℄.
Laparoiexterned'ungloméruleestonstituéed'unarrangementdeellulesgliales.Lerledeesastro-
ytesapparaîtpartiulièrementimportant.L'informationd'unefamilled'ORNsétanttrèspeuredondante
auniveauglomérulairepuisqu'elleesttransféréeseulementviaunoudeuxglomérules,l'endommagement
d'un glomérule engendrerait une perte d'informations préieuses. Les astroytes forment une sorte de
boulier [Valverde,1999℄ pouvantprotéger laonnexion synaptique primordialeentre lenerf olfatif et
lesellulesmitrales.Ils semblentégalementpouvoirempêher lesionsémis àl'intérieur d'unglomérule
de sediuser versd'autresglomérules, ontribuant ainsià leur ségrégationfontionnelle[Jan et West-
brook,2005℄.Enn ils semblentontribueràguider lesaxones desNROs régénérésverslesglomérules
orrespondantàleurfamille[Baileyet al.,1999℄.
A B
Fig. 1.6 A : Shéma représentant la oupe transversale d'un glomérule.Image tirée et adaptée de
[Raisman,2001℄.B:Reonstrutiondemirosopieonfoaled'unglomérulehezlasouris.Imagetirée
etadaptéede[Bellusioetal.,2002℄.
Fig.1.7Enregistrementintraellulaireprésen-
tantladépolarisationd'uneellulemitraledueà
lastimulationpar unhoéletrique de 20Vef-
fetuésurle nerfolfatifhezlerat. Imagetirée
de[Janet Westbrook,2005℄.
rulairessontglutamatergiques[Aroniadou-anderjaskaetal.,2000℄etentraînentuneexitationdesellules
post-synaptiquesviadesréepteursAMPA etNMDA[Chenet Shepherd,2005℄.Ces derniersréepteurs
sontresponsablesenlargepartie dupotentielpost-synaptiquedelonguedurée(plusieurs seondes)issu
d'unhoéletriquesurlenerf olfatif[Chenet Shepherd,2005℄(voirenregistrementintraellulaireg.
1.7).LesréepteursAMPA semblent, quantàeux,avoirlaapaitéde synhroniserlespotentielsd'a-
tiondeellulesmitralesprovenantd'unmême glomérule[ShoppaetWestbrook,2002℄.L'exitationdes
ellulesmitralesentraîne égalementlalibération deglutamate ausein duglomérule. Ainsi,l'ativation
des ellules relais au sein d'un glomérule entraîne non seulement l'exitation des autres ellules relais
de e même glomérule mais également l'exitation des ellules juxtaglomérulaires [Chen et Shepherd,
2005,Carlsonetal.,2000℄.
Lesellulesjuxtaglomérulaires(voirsetion1.2.4)peuventavoiruneationinhibitrie surlestermi-
naisonsaxoniquesdubulbeolfatifetsurlesdendritesdesellulesrelaisvialeneurotransmetteurGABA.
Ainsi,unphénomèned'inhibition peutsurvenirquelquesentainesdemilliseondesaprès ephénomène
exitateur[Aroniadou-Anderjaskaetal.,1999℄.Ilsemblequ'unméanismed'inhibitionlatéraleentreglo-
mérulessoitprésentavel'ation deellulespériglomérulairesonnetéesàplusieursglomérules [Urban
etSakmann,2002℄.Lesglomérulessontdondeslieuxonnésoùseproduit unehimieomplexeissue
Fig. 1.8 Tableau présentant des
artesglomérulairespourdiérentes
odeurs. La taille des erles repré-
sente le taux d'ativité enregistré
parimageriealique.Imagetiréeet
adaptéede[Galiziaetal.,1999℄.
Les artes glomérulaires
L'observation ave des tehniques d'enregistrement étudiant des signaux à dynamique lente, par
exemplel'imagerie paruophoressensitifsau alium,révèle hezl'insete [Galiziaet al.,1999℄ omme
hezlerongeur[Xuetal.,2003℄desartesd'ativitéglomérulaire.Surelles-i,haquegloméruleaun
tauxd'ativité qui dépend del'odorantutilisé et desa onentration.La arteadonune omposante
essentiellementspatialeaveladénominationetlaloalisationdehaundesglomérules.Ilapparaîtque
ettearteestreprodutiblepourdesindividusd'unemêmeespèe.Latrèshautedimensionalitéprésente
au niveau des géométries moléulaires semble diilement représentable au niveau d'une arteglomé-
rulaire en 2dimensions. L'utilisation du odage ombinatoire semble être le support de es diérentes
artes puisque, bien que haune soit diérente des autres, elles peuvent avoir des parties de odage
(taux d'ativité de ertainsglomérules) semblables (voir les exemplesde artes glomérulairesg. 1.8).
End'autresmots,unmêmeglomérulepeutrépondreàplusieursodorantsetunodorantativeplusieurs
glomérules[Galiziaetal.,1999℄.
Ilapparaît quedesaratéristiqueshimiquesprohesentraînentdesartesd'ativationsprohes.Il
estpourtantdiiled'avoirunemesurededistaneentrepropriétéshimiquesdemoléulespouvantêtre
rapprohée d'une mesurede distane entre artesd'ativation glomérulaire. Cette notion de similarité
entre moléules pourrait être hiérarhisée ave le mélange de fateurs prinipaux, omme les groupes
fontionnels,etdefateursseondaires,ommelalongueurdelahaînearbonée[Uhidaet al.,2000℄.
Au sein d'une arte,l'identité des glomérules ainsi que leur ativitésemblent varier en fontionde
la onentration de l'odorant [Meister et Bonhoeer, 2001℄.Plus elui-i est onentré, plus le nombre
de glomérules ativés de la arte est important. Les mélanges d'odeurs ompliquent le phénomène de
génération de artes. Si haune des moléules engendre une arte d'ativité propre, qu'en est-il de
l'ativation glomérulaire engendrée par le mélange de plusieurs de es moléules? Il semblerait que,
aussi bien hezl'insete [Carlssonet al.,2007℄ que hez lerongeur [Grossman et al., 2008℄,lanouvelle
arteengendréereprésenteassezdèlementl'additiondesartesnormalementproduitesparlesdiérents
onstituants.Au ontraire,lastimulationpardeuxodorantstrès prohesen termesde artesproduites
sembleengendreruneréationdiérente [Wiltroutetal.,2003℄.
Ces artes statiques ne reètent pas exatement l'ativation des glomérules. En eet, de nouvelles
tehnologiespermettantune analyse temporelle plusne présententun tableauplus dynamique [Spors
etGrinwald,2002℄[Sporsetal.,2006℄.Auseind'unearte,l'ativitéd'unglomérulepeutvarierauours
Fig.1.9 Photographiesdes ellulesjuxtaglomérulairesparimmunouoresene.(A)Une ellule péri-
glomérulaire.(B) Uneelluleàaxoneourt.(C) Uneelluleàpanahesuperielle.Letraitnoirenbas
àgauhe de lagureA représente une éhellede 25 mirons.Imagetirée et adaptéede [Crespoet al.,
1997℄
séquene [Spors et Grinwald, 2002℄. Ave une augmentation de la onentration de l'odorant, l'ordre
d'allumagedesglomérules sembleonservé,sonrythmeparontres'aélèreet denouveaux glomérules
jusqu'alorssilenieuxs'ativentégalement[Spors et Grinwald,2002℄.Lesausesdees utuationsres-
tentenorepeuonnues.Parmilesplusprobables,on peut iterladynamique de réativitépropredes
diérentes populations deNROs(voirsetion1.2.2)ou une inhibition synaptiqueauniveaudes termi-
naisonsaxoniques dunerfolfatif [Washowiak etCohen,1999℄.Celle-i seraitprinipalementissuedes
onnexionsintra-glomérulaires[MGann etal.,2005℄.
Mêmesilaomposantedynamiqueestprésente,avedesonstantesdetempsdel'ordredelaentaine
demilliseondespourladéroissaneenimageriealique,elle-iapeuàvoiraveunodagehautement
temporelommeeluiqueonstituentlespotentielsd'ationsd'unneuroneunique(tempsd'unpotentiel
d'ation
≈ 1ms
). L'ativitéglomérulaireissuedela onvergene d'ungrandnombredeneuronesréep- teursolfatifsengendreuneativitérésultantebeauoupplusontinueetnonuneativitédetypebinaireommepeutl'êtreellerésultantd'ununiqueneurone.
1.2.4 Les neurones juxtaglomérulaires
Les neuronesjuxtaglomérulaires, .à.d.eux dont le orps ellulaire est prohe de laouhe glomé-
rulaire, sont divisés en trois familles : les neurones superiels à axone ourt (g. 1.9.B), les ellules
superielles à panahe (g. 1.9.C)et lesellules périglomérulaires(g. 1.9.A). Les ellulespériglomé-
rulairesonstituentlafamillelaplusnombreusedestrois. Lesdendritesde esellulesseprojettentau
seindesgloméruleset semblentavoirdesontatssynaptiquesavelaterminaisondunerf olfatifainsi
quelesdendritesdesellulesrelais[Pinhing etPowell,1971℄). Ellespeuventonneter d'autresellules
périglomérulairesou relier plusieurs glomérules dansle même arbre dendritique [Puopolo et al., 2005℄.
Lesellulessuperiellesàaxoneourtsontmoinsnombreuses.Leursdendritessontsituéesauniveaude
laouheglomérulaireetleursaxonespeuventseprojeterjusqu'àlaouhedesellulesgranulaires[Sott
etal.,1986℄.
Uneertainehétérogénéitédesellulespériglomérulairesdansleursmorphologiesetl'expressiondedif-
férentstypesdeneurotransmetteursfontd'ellesunefamillepotentiellementmulti-fontionnelle[Puopolo
et Belluzzi,1998℄.Ilsemble pourtantqu'elles soientmajoritairementde typeGABAergique [Panzanelli
etal.,2007℄(maisvoiraussi[Kosakaetal.,1998℄).Ellesonstituentdon,avelesellulesgranulaires,une
seondefamilled'interneuronesinhibiteursdubulbeolfatif.Aprèsunhosurlenerfolfatif,esellules
Fig. 1.10 Dessin issu de
l'observation au mirosope
dedeuxellulesmitralesmar-
quéeàlabioytine.Imageti-
réeetadaptéede[Desmaisons
etal.,1999℄.
dépolarisation(plusieursdizainesdemilliseondes)soitunebouéedePA. Quandlesystèmeeststimulé
paruneodeur,ellesproduisentunebouéedePAsreétantassezdèlementladynamiqueglomérulaire.
Cette longue durée d'ativation serait issue des neurotransmetteursglutamates libérés par les ellules
mitralessuiteàleurexitation[WellisetSott, 1990℄.
1.2.5 Les ellules relais
Lesellulesmitrales(CMs)sontonsidéréesommelaprinipalefamilledeneuronesrelais.Ellessont
essentiellesdansletransfertdel'informationolfative.Ellesreçoiventl'ativitédesNROsparl'intermé-
diairede synapsesAMPA et NMDA situées au sein desglomérules. En très largemajorité,les ellules
mitrales ne sont reliées qu'à un seul glomérule. On ompte quelques dizaines de ellules mitrales par
glomérule[Urban et Sakmann,2002℄.A raisonde1000glomérules hezlasouris,onpeutenvisagerune
populationd'approximativement50000ellulesmitralesparbulbeolfatif.
Ces neuronesontune morphologiepartiulière.Leurs dendritessedéomposentendeuxparties. Un
premierarbredendritiqueapialesedéveloppeauseind'ungloméruleoùil établitdessynapsesaveles
axonesprovenantdesNROs.Cetarbresedéploiedonradialementdelaouheglomérulaireàlaouhe
deellulesmitrales,mesurantainsihezlejeuneratunelongueurde200à400mirons[Debardieuxetal.,
2003℄.Un seondarbredendritique basal,aussiappelédendriteseondaire,estsituéauniveauduorps
ellulaire(voirdessinissud'uneobservationaumirosopeg.1.10).Sesdendritesdéployéesdemanière
latéralepeuventfaireplusd'unmillimètre delong.Ellesréalisentdessynapsesdendro-dendritiquesave
lesellulesgranulaires.Lessynapsesmitrale->granulesontdetypeexitatries.Lesorps ellulairesdes
mitrales sont toussitués sur une mine ouhe dubulbeolfatif. Lesaxones des ellules mitralessont
orientésversleentre dubulbeolfatifoùilss'yrassemblentpourformerletratusolfatif.
Les ellulesàpanaheouellulestouues sontégalementdes neuronesrelais dubulbeolfatif.Leur
diérene fondamentale ave les ellules mitrales provient d'un orps ellulaire situé au niveau de la
ouheplexiforme externe, soit moins en profondeur queles orps ellulairesdes ellulesmitrales (voir
photographieg. 1.11). Al'instar dees dernières,ilspossèdentunarbre dendritique déomposableen
deuxsous-arbresquisedéveloppentl'unauseind'ungloméruleet l'autredemanièrelatérale.
La réponse d'une ellule mitrale est peu robuste vis-à-vis d'une stimulation onstante non-bruitée
supra-liminaire(voirg.1.12).Lestempsd'émissionsdepotentielsd'ationdeviennentdemoinsenmoins
préisaufuretàmesurequeseprolongelastimulation.Ilapparaîtainsiuneaumulationd'impréisions
dans la séquene de PAs générée. Cei peut être d'autant plus dommageable que la stimulation des
ellules mitrales est issue d'une multitude d'aérenes de NROs e qui entraîne un stimulus lent. Un
Fig. 1.11 Photographies
présentantladiérenedepo-
sition entre les orps ellu-
laires des ellules mitrales(à
gauhe) et elui des ellules
àpanahe(àdroite)parrap-
portàlaouheglomérulaire
(GL), la ouhe plexiforme
externe (EPL) et la ouhe
de ellules mitrales (MCL).
Imagetiréeetadaptéede[Na-
gayamaetal.,2004℄.
Fig. 1.12 Enregistrement
d'une ellulemitrale soumise
àunourantinjetéonstant
(à gauhe) et utuant (à
droite). Image tirée et adap-
téede[Shaeferet al.,2006℄.
transitoirementenphasesous-liminairepuisdenouveauenphasesupra-liminaire,lavariabilitédansles
PAssuivantsdiminued'autantplusquelaphasesous-liminairedurelongtemps.Suiteàette transition,
laellulereommeneàaumulerlesimpréisionset letempsd'émissiondesPAredevientdemoinsen
moinsrobuste.Delamêmemanière,alorsqu'unsignalàomposanteontinueentraîneuneréponsenon-
reprodutible,l'ajoutdanselui-id'uneomposanteosillanteengendrantunesuessiondephasessupra
etsous-liminairearoîtlapréisionneuronale.Ilenrésultequesideuxsignauxontinusdiérentssont
utiliséspourstimulerune ellulemitrale,laréponsedeelle-iseralairementdiérentiableavel'ajout
d'uneomposanteosillante.Sanselle,leproblèmeestbeauoupplusdiile[Baluetal.,2004℄[Shaefer
etal.,2006℄.
Lesellulesmitralespossèdentdesaratéristiquesosillantesauseinmêmedeleurmembrane[Chenet
Shepherd,1997℄.Celles-is'amplientaveladépolarisationdupotentielmembranaire.Pluslepotentiel
membranaire est important plus la fréquene est élevée. La fréqueneinstantanée lorsdes bouées de
PAs [Baluet al.,2004℄ semblediretementliéeàe rythme osillant[Desmaisonset al.,1999℄.Ceiest
diretement visible sur la ourbe de remise à zéro de la phase ou phase-resetting urve (PRC). Celle-
iprésente une zone danslaquelle unévénementexitateur pourra retarderl'apparition d'un potentiel
d'ationsileneuroneestdansunertaindomainedephasedesonosillationinterne[Galanetal.,2005℄.
Fig.1.13Dessin issu del'observation aumirosopede3ellules
granulaires du bulbe olfatif. La barre horizontale en bas à droite
représente une longueur de 25 mirons. Image tirée et adaptée de
[Reyheretal.,1991℄.
deux régimes de fontionnement. Un état stable de basse ativitéet unrégime de haute ativité, plus
dépolarisé,danslequellesellulesmitralesprésenteraientdesosillationsinternes[Heywardetal.,2001℄.
Lafaiblereprodutibilitédeerésultatsuggèreunearatéristiquepeurépandue.
1.2.6 Les ellules granulaires
Les ellules granulaires sont des interneurones dont le orps ellulaire fait approximativement une
dizainedemironsdediamètre.Celui-isesitueauniveaudelaouheplexiformeinterne.Lesgranules
du bulbe olfatif n'ont pas d'axone. Un seul arbre dendritique va du orps ellulaire vers la ouhe
plexiformeexternesuivantainsiuneorientationradialeauseindesouhesonentriquesdubulbeolfatif.
Cet arbre fait environ une entaine de mirons de long (voir dessin g. 1.13). Il réalise des synapses
dendro-dendritiques ave les dendrites basales des ellules mitrales et des ellules à panahe [Prie et
Powell, 1970℄.Lesarbres seondairesdesmitralesayantdetrès longuesramiations, unemême ellule
granulairepeutavoirdes liaisonssynaptiquesave desellulesmitrales dont leorps ellulaire est très
éloignégéographiquement.
Les liaisonssynaptiques granules->mitralessont detype GABAa. Ce neurotransmetteurest inhibi-
teuret délenheunehyperpolarisationdelamembraneduneuronepost-synaptique.Ainsi,une granule
onstitue unlien inhibiteurindiret entre diérentes ellules mitralesqui n'ont pasde ontats synap-
tiques direts entre elles[Isaason et Strowbridge, 1998℄.Les ellulesgranulaires semblent reevoirdes
événementssynaptiquesinhibiteurs[Nusseretal.,1999℄.L'originedeeux-iresteinertaineet pourrait
provenirdesneuronesàaxonesourts (voirsetion1.2.4), desretoursortiaux(voirsetion1.2.11)ou
enored'uneinhibition latéraledirete entre ellulesgranulaires.Ilsemblerait qu'ellespuissent reevoir
uneombinaisondeesdiérentesinterations[Nusseret al.,2001℄.
1.2.7 L'interation ellules relais - ellules granulaires
La génération d'un potentiel d'ation par une ellule mitrale entraîne une utuation de potentiel
qui sepropagedans toutsonarbre dendritique(zone apialeet basale)[Debardieuxet al.,2003℄.Cette
utuationlibèrenonseulementduglutamateauniveaudupanahedel'arbredendritiqueapial (dans
les glomérules) [Urban et Sakmann, 2002℄ mais ationne également des synapses réiproques dendro-
Fig. 1.14 Enregistrement en voltage-
lamp d'une ellule mitrale. En haut le
potentielmembranaire de la ellulemain-
tenuà-70mV,saufdurantunestimulation
à 0mV pendant 10ms.En bas, le ourant
membranaire enregistrépendant lamême
période.Imagetiréede[IsaasonetStrow-
bridge,1998℄.
1.2.8 L'inhibition réurrente
Les synapsesdendro-dendritiques présentent au niveau loal la dynamique suivante : le ux d'ions
aliumquisepropagelelongdel'arbredendritiqueseondairedesellulesmitralesdélenhelalibération
présynaptiquedeglutamate.Celui-iativelesréepteurspost-synaptiquesprinipalementNMDAmais
également non-NMDA des dendrites des ellules granulaires. Ces réepteurs délenhent en retour la
libérationdeGABAréeptionnéparlesréepteursGABAadeladendritedelaellulemitrale.L'ativation
desréepteursNMDA des ellulesgranulairesentraîne une omposante lente dansla dépolarisationdu
potentiel demembrane desgranules. Ils'ensuit une libération deneurotransmetteursGABA générant
non pas unévénement uniquemais un barragede ourants post-synaptiques inhibiteurs mesurable au
niveauduorps ellulaire dela ellulemitrale (voirourantsynaptique aprèsune brèvedépolarisation
d'uneellulemitraleg.1.14).Ladistribution temporelle dees évènementsinhibiteurs estasynhrone
aveune onstantedetemps deplusieursentainesdemilliseondes[IsaasonetStrowbridge,1998℄.
1.2.9 L'inhibition latérale
L'ativation d'une ellule mitrale peut entraîner l'inhibition d'autres ellules du même type bien
qu'ellesn'aientpasdesynapsesentreleursarbresdendritiques(voirl'inuenedel'émissiond'unpotentiel
d'ationpar une ellulemitralesur leouranttrans-membranaired'une autreellule mitraleg.1.15).
Cei s'expliquepar lefait que l'ativation d'une synapsemitrale-granulepeutse propagerdans l'arbre
dendritiqued'unegranule.Celui-iétantonnetéàdenombreusesellulesmitrales,ilpeutonstituerle
supportpouruneinhibitionlatérale entreellulesmitrales.
Alorsquelaommuniationentresynapsesdistantessefaithabituellementvialapropagationaxonique
d'unpotentield'ationsodiumgénéréauniveauduorpsellulaire,ii,lesgranulesn'ayantpasd'axone,
etteommuniationestissuedeméanismesplussinguliers.Lagénérationd'unpotentield'ationpeutse
rétropropagerauseindel'arbredendritique [Eggeretal.,2003℄onstituantainsiunméanismepossible
pour l'inhibition latérale. Pourtant, l'inhibition latérale perdure ave une injetion de TTX (produit
himiqueenséprévenirlagénérationdepotentielsd'ations)[IsaasonetStrowbridge,1998℄et perdure
également après l'ablationdes orps ellulaires des ellulesgranulaires[Lagier et al., 2004℄.De plus, il
apparaîtquelesellulesgranulairesgénèrentpeudepotentielsd'ationin-vivo.Leveteurutilisédanse
asest probablementdes potentielsd'ation aliumàfaible seuil [Eggeret al.,2005℄.Ceux-ipeuvent
êtregénérésauseinmêmedel'arbredendritiqueet sepropagerdanslaramiation.
Lesellulesmitralesliéesàunemêmeellulegranulairereçoiventuneinhibitionlatéraleavedesévè-
nementsfortementsynhrones.Ces événementssynaptiquesgénèrentdes ourantsdequelquesdizaines
Fig.1.15Enregistrementsintraellulairesduouranttrans-
membranaire d'une ellule mitrale ayant émis un potentiel
d'ation (en haut)ainsi que d'uneautre ellule mitralemon-
trant un proessus d'inhibition latérale (en bas).Image tirée
de[IsaasonetStrowbridge,1998℄.
mentquediérentes granulesreçoiventlesévènementsexitateurs provenantdesellulesmitralesd'une
manièreorrélée[Shoppa,2006℄.Ceisuggèrequelesonnexionslatéralesréentunréseaud'interations
entreunegrande partdesellulesmitrales.Ladynamiquedeette interationinhibitrie entremitrales
sembleomposéepar unesomme de ourantspost-synaptiques inhibiteurs unitaireset rapides, dont la
sommation peut générer une dynamique plus lente. Cette dynamique lente serait issue des réepteurs
NMDAprésentsauniveaudesellulesgranulaires[Isaasonet Strowbridge,1998℄.
Laréeptionparlesellulesmitralesd'évènementsissusdel'inhibitionlatéralesembleavoirdiérents
impatsselonleursloalisation.Sil'évènementarriveprohedusomadelaellulemitrale,ilpeutl'hyper-
polariseretainsiprévenirlagénérationdepotentield'ation.S'ilarriveauniveaudesarbresdendritiques
seondairesd'unemanièreassezéloignéedusoma,ilpeutatténuerlapropagationdespotentielsd'ation
etainsisulpterlazonedelibérationdeglutamateparlesellulesmitrales[Lowe,2002℄.
1.2.10 Le ortex olfatif primaire
Leortexolfatifprimaireestonstituéduortexpiriforme,dutuberuleolfatif,duortexentorhinal,
duortex périamygdalienet du ortexinsulaire[Johnson et al., 2000℄.Le ortexpiriforme(CP) est la
struture laplusinnervée parles aérenesdutratus olfatiflatéral,lui-même issudu rassemblement
desaxonesdesellulesrelaisdubulbeolfatif[Haberly,2001℄.Ilfaitpartiedupaléoortex.L'organisation
laminairedu CPest habituellementprésentéeen 3ouhes.La premièreest onstituéedesliaisonsdes
aérenes dubulbe olfatifet de bresdu CP. La seondeest unensemble deellules pyramidales.La
dernièreest onstituéede dendrites et axones provenantdes ellules pyramidalesde laseonde ouhe
[Rosinetal.,1999℄.D'autresétudesprésentent,auontraire,lesaérenesprovenantdesellulesmitrales
et ellulesàpanaheommelargementdisséminéesàtraversleréseauduortex piriforme[Zhou etal.,
2001℄.Desellulesmitralesprovenantdumêmeglomérulesemblentposséderdesprojetionsaxonalesau
seinduCPprohesspatialement[Buonvisoetal.,1991℄.
Les ellules pyramidales du ortex piriforme disséminent très largement leurs arbres axoniques à
traversleortexpiriformemaiségalementverslesautresstruturesduortexolfatif.Enréponseàune
stimulation olfative, elles forment des artes d'ativité très réparties [Zou et al., 2005℄.Des odorants
diérents forment des artes diérentes mais qui se hevauhent en largesproportions. La répartition
deesartesaugmente avelaonentrationdel'odorant.Cetteativitédiuseest dueàlarépartition
Fig. 1.16 Enregistrement
extraellulaire des potentiels
d'ation générés dans un es-
pae limité du ortex piri-
forme pour diérents odo-
rants. De haut en bas, ben-
zyl aetate, propyl butyrate,
heptanal, ethyl proprionate,
limonene, isoamyl aetate.
Image tirée et adaptée de
[Rennakeretal.,2007℄.
auseinduortexpiriformeantérieur [Zhou etal., 2001℄.Laonnetivité àl'intérieur duPCest diuse
etnonompartimentéeenolonnesortiales[Johnsonet al.,2000℄.
Lesneuronesduortexpiriformeontuneréponsepartiulièreenfontiondel'odorant.Ilspeuventêtre
exitésouinhibés(voirg.1.16).Letempsderéationhezleratanesthésiéestdequelquesentainesde
milliseondesquandl'odeurestinjetéeendébutd'inhalation[Rennakeretal.,2007℄.Leurativitén'est
pas uniquement dépendante de la stimulation puisque de nombreuses interonnetions entre diérents
neuronesduCPexistent[Gellmanet Aghajanian,1993℄.
1.2.11 Les retours ortiaux
Lesretoursortiaux sont assezmal onnus. Ils onstituentunsystèmetop-down, .a.d.unretour
desairesortialessupérieures.Cesaérenesentrifugespeuventêtrediviséesen2groupes(voirshéma
g.1.17):ellesqui relâhentdesneuromodulateurset ellesissuesduortexolfatif[Matsutaniet Ya-
mamoto,2008℄.Lesprojetionslibérantdesneuromodulateurssontissuesde diérenteszonesortiales
ommelelousoeruleus,lenoyauduraphéetlapartiebasaleduortexfrontal.Cesstrutureslibèrent
respetivementlesneurotransmetteurssuivants:delanorepinephrine,delaserotonineetdel'aetylho-
line.Cesneuromodulateurssontlibéréslargementauseindubulbeolfatifetontuneationassezdiuse.
Cesaérenessemblentavoirunrle dansleproessus deliaisonodeur-réompense[Kiselyznyket al.,
2006℄.
Lesprojetions venantdu ortexolfatifont une ationplus iblée.Leurs axonesseonnetentsur
lesdendrites des granules auniveau de laouhe plexiforme externe et de la ouhe glomérulaire. Les
onnexionsprohesdesorpsellulairesdegranulessemblentêtreglutamatergiqueset donexitatries.
Lesévènementssynaptiquesissusdeessynapsessemblentavoiruneonstantedetempsplusrapideque
elle issue des synapsesdendrodendritiques ave les ellules mitrales.Cette exitation peut inuer sur
l'inhibitiondesellulesmitrales[Baluetal.,2007℄.Lasetiondutratusolfatiflatéraloupelesretours
provenantduortexolfatif.Au niveaudynamique (voirsetion suivante), lebulbeolfatif neprésente
alorsplusquedesosillationsauxfréquenes
γ
. L'osillationβ
est supprimée[Nevilleet Haberly, 2003℄.Lesmêmesétudesontmontréquelafréquene
