Comment les humains et les autres animaux distinguent-ils l’odeur des fruits de mer en décomposition ou l’allure alléchante d’une banane mûre ? Une nouvelle recherche de l’Université de New York Langone Health et de leurs collègues utilise des odeurs créées artificiellement pour aider à révéler la chaîne complexe d’événements qui permettent de distinguer une odeur d’une autre. Les résultats ont été publiés aujourd’hui dans Science.
Dans les recoins profonds du nez se trouvent des millions de neurones sensoriels qui, avec nos yeux et nos oreilles, aident à conjurer le monde qui nous entoure. Lorsqu’ils sont stimulés par un produit chimique ayant une odeur, ou un odorant, ils envoient des impulsions nerveuses à des milliers de grappes de neurones dans les glomérules, qui constituent le bulbe olfactif, le centre de l’odorat du cerveau. Différents schémas d’activation des glomérules sont connus pour générer la sensation d’odeurs spécifiques. L’allumage d’un ensemble de glomérules suscite la perception des ananas ; l’allumage d’un autre évoque les cornichons.
Contrairement à d’autres sensations, comme la vue et l’ouïe, les scientifiques ne savent pas quelles qualités d’une odeur particulière sont utilisées par le cerveau pour la percevoir. Lorsque vous voyez le visage d’une personne, vous pouvez vous souvenir des yeux, ce qui vous aide à reconnaître cet individu à l’avenir. Mais les oreilles et le nez pourraient être moins importants dans la façon dont le cerveau se représente cette personne. Les auteurs de la nouvelle étude ont cherché à identifier les caractéristiques distinctives impliquées dans la formation de la représentation des odeurs dans le cerveau.
Pour ce faire, ils ont utilisé une technique appelée optogénétique pour activer les glomérules chez les souris. L’optogénétique utilise la lumière pour stimuler des neurones spécifiques dans le cerveau. Et elle peut aider à déterminer la fonction de régions particulières du cerveau.
En activant certains schémas d’activité dans les glomérules, les chercheurs ont généré des « odeurs synthétiques » que les souris ont perçues comme réelles. Ils ont d’abord entraîné les rongeurs à reconnaître l’allumage de six glomérules spécifiques, les amenant à percevoir une odeur inconnue des chercheurs. Les souris recevaient une récompense en eau lorsqu’elles reconnaissaient la bonne odeur et recevaient de l’eau d’un bec verseur. Lorsque d’autres glomérules étaient activés – générant une odeur différente – il n’y avait pas de récompense.
Les auteurs de l’étude ont ensuite modifié le moment et le mélange des glomérules activés et ont observé comment cela affectait le comportement des souris. Cette étape leur a permis de déterminer l’importance de chaque glomérule pour reconnaître précisément l’odeur. Un glomérule donné, en effet, agit comme son propre mini organe sensoriel au sein du bulbe olfactif.
Ils ont constaté que la séquence d’activation des glomérules était cruciale pour la perception des odeurs. Lorsqu’ils ont changé le glomérule activé en premier, les souris ont démontré une baisse de 30 % de leur capacité à sentir la bonne odeur. Lorsqu’ils ont changé le dernier activé, il n’y a eu qu’une réduction de 5 pour cent de la capacité de détection.
« Nous avons créé un modèle d’activation artificiel, ou une odeur artificielle, et avons entraîné les souris à le reconnaître », explique l’auteur principal de l’article, Dmitry Rinberg, neuroscientifique à N.Y.U.Langone. « Nous avons ensuite modifié ce modèle pour voir quels indices étaient les plus importants pour la perception de l’odeur. Le fait est que nous n’avons aucune idée de ce que les souris sentent réellement – si c’est une pomme ou une orange, si ça pue, si c’est agréable ! »
Rinberg compare la perception des odeurs à la mélodie d’une chanson : Les notes – dans ce cas, représentant des glomérules activés – sont importantes. Mais sans le bon timing, la chanson, ou l’expérience perceptive, s’écroule. Changer la septième note d’une mélodie peut passer inaperçu. En échangeant les deux premières, on peut obtenir un tout nouvel air. Lorsque nous sentons, il ne s’agit pas seulement de savoir quels glomérules sont activés, mais aussi quelle séquence temporelle ils suivent.
Le professeur de biologie de l’université Harvard Venkatesh N. Murthy, spécialisé dans les neurosciences de l’olfaction et qui n’a pas participé à l’étude, souligne qu’il existe un grand nombre de preuves reliant les schémas d’activation des glomérules à la perception des odeurs. L’incertitude portait sur la question de savoir si les régions supérieures du cerveau « lisaient » ces schémas d’activation pour identifier une odeur, ainsi que sur l’importance de l’ordre d’activation. « Rinberg et ses collègues montrent que le moment est important et que les neurones activés le plus tôt sont plus importants pour l’identification de l’odeur que les neurones activés plus tard. Dans l’analogie de la chanson, c’est comme si les premières notes étaient essentielles pour identifier le morceau (pensez à la Cinquième de Beethoven !). »
Rinberg espère poursuivre ses recherches plus profondément dans le cerveau pour voir comment d’autres régions de l’organe aident à percevoir les odeurs et les objets une fois qu’elles reçoivent des informations du bulbe olfactif. « Nous nous rapprochons un peu plus du film Matrix », plaisante-t-il. Ce film met en scène un monde cédé à des ordinateurs intelligents qui relèguent les humains dans une réalité simulée partagée créée dans leur cerveau – de la même manière que les chercheurs ont conçu une odeur artificielle. « Dans un sens, nous avons recréé le film avec l’odeur », ajoute Rinberg.