Les connexions étendues entre les neurones aident le cerveau à distinguer les odeurs

Les connexions étendues entre les neurones aident le cerveau à distinguer les odeurs

L'organisation - ou son absence - dans le cortex piriforme du cerveau nous permet de différencier une odeur d'une autre

LA JOLLA—Pouvez-vous distinguer l'odeur d'une rose de l'odeur d'un lilas ? Si c'est le cas, vous devez remercier le cortex piriforme de votre cerveau. Comparé à de nombreuses parties du cerveau, le cortex piriforme - qui permet aux animaux et aux humains de traiter les informations sur les odeurs - ressemble à un fouillis désordonné de connexions entre des cellules appelées neurones. Maintenant, les chercheurs de l'Institut Salk ont ​​mis en lumière à quel point le caractère aléatoire du cortex piriforme est en fait essentiel à la façon dont le cerveau fait la distinction entre des odeurs similaires.

"Le paradigme standard est que les informations dans le cerveau sont codées par lesquelles les cellules sont actives, mais ce n'est pas vrai pour le système olfactif", explique Charles Steven, professeur émérite émérite du laboratoire de neurobiologie moléculaire de Salk et coauteur du nouveau travail. "Dans le système olfactif, il s'avère que ce n'est pas une question de savoir quelles cellules sont actives, mais comment de nombreuses les cellules sont actives et à quel point elles le sont.

En plus de mieux comprendre comment les odeurs sont traitées, la nouvelle recherche, publiée dans le Journal de neurologie comparée le 17 juillet 2018, pourrait également permettre de mieux comprendre comment certaines parties du cerveau organisent les informations.

Lorsque les molécules odorantes - la signature d'une odeur donnée - se lient aux récepteurs du nez d'une personne, le signal est transmis au bulbe olfactif, et de là au cortex piriforme. Dans d'autres systèmes sensoriels, comme le système visuel, l'information maintient un ordre strict lorsqu'elle se déplace dans le cerveau. Certaines parties de l'œil, par exemple, transmettent toujours des informations à des parties spécifiques du cortex visuel. Mais les chercheurs savent depuis longtemps que cet ordre est absent du cortex piriforme.

"Nous n'avons pu discerner aucun ordre dans les connexions du cortex piriforme chez aucune espèce", déclare le co-auteur Shyam Srinivasan, scientifique adjoint du projet à l'Institut Kavli pour le cerveau et l'esprit de l'Université de Californie à San Diego. "Toute odeur donnée allume environ 10% des neurones qui semblent être dispersés dans tout le cortex piriforme."

Pour commencer à travailler sur les détails de la façon dont le cortex piriforme encode les informations d'odeur - et si ses connexions sont vraiment aléatoires - Stevens et Srinivasan ont analysé les cortex piriformes de neuf souris en utilisant une variété de techniques de coloration et de microscopie qui leur permettent de visualiser différents types de cellules dans le région du cerveau. Leur premier objectif : quantifier le nombre et la densité des cellules du cortex piriforme.

« C'était vraiment comme une enquête », explique Srinivasan. "Nous avons compté les cellules dans différentes zones représentatives et les avons moyennées dans toute la région."

Le cortex piriforme de la souris, ont-ils conclu, contient environ un demi-million de neurones, répartis également entre le piriforme postérieur plus grand et moins dense et le piriforme antérieur plus petit et plus dense.

En utilisant ces informations initiales sur la densité et le nombre de neurones, ainsi que les connaissances d'études antérieures sur le nombre de neurones dans le bulbe olfactif et le nombre de connexions neuronales - ou synapses - connectant le bulbe olfactif au cortex piriforme, la paire de chercheurs a pu faire une découverte surprenante : chaque neurone du bulbe olfactif est connecté à presque tous les neurones du cortex piriforme.

"Chaque cellule du piriforme reçoit des informations de pratiquement tous les récepteurs d'odeurs", explique Stevens. "Il n'y a pas un neurone 'd'odeur de café' mais tout un tas de neurones de cellules de café partout." Plutôt qu'un seul récepteur détectant une odeur et éclairant un groupe de neurones révélateurs, explique-t-il, chaque odeur a une empreinte digitale qui repose davantage sur la force des connexions, tandis que l'odeur du café peut activer presque les mêmes neurones dans le cortex piriforme. comme l'odeur du chocolat, ils activeront chaque neurone à un degré différent.

"L'un des avantages de ce système est qu'il peut coder des informations très complexes", explique Srinivasan. "Cela le rend également très résistant au bruit." Si un neurone envoie un signal "bruyant" - une activation plus forte ou plus faible qu'il ne le devrait - le bruit est annulé par les nombreux autres neurones qui envoient des signaux simultanés et plus précis.

Les chercheurs aimeraient répéter le travail chez d'autres animaux pour voir où se situent les similitudes et les différences. Ils sont également intéressés à examiner d'autres zones du cerveau qui ont longtemps été supposées être dominées par des connexions apparemment aléatoires pour voir si elles sont organisées de la même manière.

Stevens et Srinivasan, qui ont également fait paraître un article dans le Journal of Neuroscience le 13 juillet sur l'utilisation du circuit d'apprentissage olfactif de la mouche des fruits pour améliorer la récolte actuelle d'algorithmes d'apprentissage en profondeur, ont été financés par le Kavli Institute for Brain and Mind de l'UC San Diego et la National Science Foundation.