Neurones débloqués : une étude révèle comment le cerveau décode et réagit aux odeurs, reliant les odeurs à l'émotion et à la mémoire.
Étude: Représentations des odeurs par un seul neurone dans le cerveau humain. Crédit d’image : Studio Romantique/Shutterstock.com
Dans une étude récente publiée dans Natureles chercheurs ont étudié la réponse de neurones individuels dans des régions spécifiques du cerveau à des signaux olfactifs.
Grâce à des enregistrements d'activité neuronale lors de tâches d'identification d'odeurs, ils ont découvert comment les neurones de régions cérébrales telles que le cortex piriforme, l'hippocampe et l'amygdale codent la perception subjective et l'identité de l'odeur.
Sommaire
Arrière-plan
Bien que les sens olfactifs soient vitaux pour les humains et les autres animaux, les mécanismes par lesquels le cerveau traite les odeurs ne sont pas complètement compris. On pense que les molécules odorantes activent les neurones sensoriels du nez, qui envoient ensuite des signaux au bulbe olfactif.
On pense que les signaux se déplacent d’ici vers des régions du cerveau telles que l’amygdale, le cortex piriforme et le cortex entorhinal, qui sont les principales régions du cortex olfactif.
Des études utilisant des modèles animaux ont révélé que des neurones spécifiques du cortex piriforme, des zones du lobe temporal médial et de l'amygdale sont impliqués dans l'identification des odeurs. Des études d'imagerie chez l'homme ont également suggéré l'implication de ces régions du cerveau dans le traitement des odeurs.
Cependant, bien que des études sur des modèles animaux aient montré comment ces régions réagissent aux signaux olfactifs, aucun enregistrement de l'activité des neurones individuels face aux odeurs n'existe, et la manière dont les neurones individuels traitent les odeurs reste floue.
À propos de l'étude
La présente étude visait à comprendre la réponse des neurones individuels aux stimuli olfactifs en enregistrant l'activité neuronale dans les zones du lobe temporal médial et du cortex piriforme pendant que les participants identifiaient et évaluaient les odeurs.
L’étude a recruté des participants qui étaient des patients atteints d’épilepsie pharmacorésistante et suivait un traitement et impliquait l’enregistrement de l’activité d’un seul neurone dans des régions spécifiques du cerveau. En revanche, les participants ont subi des tâches spécifiques impliquant la présentation d'odeurs.
Les réponses neuronales ont été mesurées grâce à des électrodes de profondeur déjà implantées chez les patients dans le cadre de leur surveillance des crises et de leur traitement en cours.
Les participants se sont fait implanter des électrodes de profondeur Behnke-Fried, et ces électrodes ont été spécialement conçues pour mesurer l’activité neuronale. Ces électrodes comportent des macroélectrodes cylindriques contenant des faisceaux de microfils en platine-iridium très sensibles aux signaux électriques des neurones.
Les limitations techniques des électrodes ont empêché leur implantation dans des zones cérébrales plus vastes telles que l’hippocampe et l’amygdale. Par conséquent, les lectures neuronales ont été obtenues à partir du lobe temporal médial et du cortex piriforme.
Les participants se sont vu présenter 15 types différents de stimuli olfactifs, délivrés à l'aide d'appareils en forme de stylo appelés « Sniffin' Sticks », qui contenaient les différentes odeurs. Les odeurs étaient présentées une à la fois et les participants devaient inhaler une fois sur commande.
Chacune des odeurs a été présentée huit fois différentes dans un ordre aléatoire, et un stylo témoin sans odeur a également été utilisé. Une ceinture placée près du diaphragme mesurait l'inspiration des participants et permettait aux chercheurs de corréler les schémas respiratoires avec l'activité cérébrale lors de l'activité neuronale olfactive.
L'expérience comprenait deux tâches : la première où les participants devaient indiquer s'ils aimaient ou n'aimaient pas l'odeur, et la seconde, où il leur était demandé d'identifier l'odeur en sélectionnant une option sur quatre.
Ces tâches ont permis aux chercheurs de déterminer comment les neurones réagissaient aux signaux olfactifs en termes préférentiels subjectifs ainsi que dans la reconnaissance et l'identification des odeurs.
Résultats
Les chercheurs ont découvert que les neurones qui répondaient spécifiquement aux odeurs aidaient également à décoder l’identité des odeurs. L’étude a révélé que l’amygdale joue un rôle distinct dans les aspects émotionnels des sens olfactifs et que l’hippocampe est impliqué dans l’identification des odeurs.
Près de 40 % des neurones de l'amygdale, du cortex piriforme, de l'hippocampe et du cortex entorhinal présentaient des réponses de déclenchement spécifiques à différentes odeurs et présentaient également des taux de déclenchement accrus lorsqu'ils étaient exposés aux odeurs par rapport à l'exposition au contrôle sans odeur. Cela a confirmé leur rôle dans le traitement des informations olfactives.
Alors que les neurones de l'amygdale, du cortex piriforme et du cortex entorhinal présentaient une activité neuronale liée à l'identification des odeurs, moins de neurones étaient nécessaires dans le cortex piriforme pour identifier l'odeur avec précision par rapport aux autres régions.
De plus, l’activité neuronale liée à l’identification des odeurs s’est produite plus rapidement dans l’amygdale et le cortex piriforme que dans l’hippocampe et le cortex entorhinal.
Les neurones de l’hippocampe, de l’amygdale et du cortex piriforme ont également montré une activité réduite lorsque la même odeur leur était présentée à plusieurs reprises. Ce processus est appelé suppression des répétitions et s’est révélé indépendant de tout changement d’inhalation, ce qui indique que les neurones se sont adaptés aux stimuli répétés au fil du temps.
Les neurones de l'amygdale réagissent davantage aux odeurs appréciées qu'à celles qui ne sont pas appréciées, indiquant une réponse émotionnelle aux sens olfactifs de la région.
Les neurones de l'hippocampe présentaient des taux de déclenchement accrus lorsque les odeurs étaient correctement identifiées, ce qui indique que cette région du cerveau était davantage associée à une reconnaissance réussie des odeurs.
Fait intéressant, le cortex piriforme et l’amygdale répondaient à des signaux olfactifs et visuels, tels que des images correspondant aux odeurs, ce qui suggère que ces régions étaient impliquées dans l’intégration de stimuli sensoriels provenant de différentes modalités.
Certaines zones ont également répondu à différentes représentations du même objet, telles que l'odeur, le mot et l'image, indiquant un ordre supérieur de traitement des signaux sémantiques.
Conclusions
Dans l’ensemble, l’étude a présenté une vue détaillée de la façon dont le cerveau humain traitait les stimuli olfactifs et a mis en évidence les rôles du cortex piriforme et de l’amygdale dans le traitement rapide et précis des signaux olfactifs ainsi que dans la reconnaissance et le traitement émotionnel des odeurs.