Le neuropsychologue Javier Esteban Libiano expose dans cet article tous les détails sur comment notre cerveau encode les odeurs.
L’odorat est, avec le goût, un sens chimique. Les stimuli reçus par les deux sens interagissent chimiquement avec leurs récepteurs.
L’odorat aide à identifier les aliments et à éviter ceux qui sont avariés ou inappropriés à la consommation. Il aide de nombreuses espèces à suivre une piste ou à détecter des prédateurs, ainsi qu’à identifier des amis, des ennemis et des partenaires réceptifs.
Pour les humains, les odeurs ont la capacité particulière d’évoquer des souvenirs. L’odorat active des régions cérébrales liées à l’émotion, l’apprentissage et la mémoire.
Pouvons‑nous utiliser cette information pour exercer un effet neuroréhabilitant sur différentes capacités cognitives chez des sujets présentant un type quelconque de lésion cérébrale ou un déclin cognitif associé à diverses pathologies ?
Le stimulus, nature et caractéristiques
Chaque jour, les preuves s’accumulent que la stimulation sensorielle a un effet sur le maintien et l’amélioration des capacités cognitives -telles que la perception, le langage, les praxies, les gnosies, l’attention, la mémoire, les fonctions exécutives, l’orientation, le raisonnement et la motivation,- chez des personnes présentant des processus de déclin cognitif, des accidents vasculaires cérébraux (AVC) ou d’autres facteurs ayant causé des lésions cérébrales.
Le stimulus olfactif, connu techniquement en anglais sous le nom d’odorants, consiste en des substances volatiles dont la masse molaire se situe entre 15 et 300 g/mol (grammes par mole). Presque tous les composés odorants sont liposolubles et d’origine organique, bien que de nombreuses substances répondant à ces critères n’aient aucune odeur.
Les substances odorantes doivent être hydrosolubles pour pouvoir se dissoudre dans la couche mucineuse superficielle et atteindre les cils olfactifs, dans les membranes desquels elles se lient à des récepteurs spécifiques. À des concentrations suffisamment élevées, elles provoquent une dépolarisation de la membrane cellulaire qui se transmet par l’axone sous forme de potentiel d’action.
On pense que dans l’odorat il existerait quelques qualités de base qui seraient détectées par des récepteurs spécifiques.
Étant donné que les substances appartenant à un même groupe olfactif ont des tailles moléculaires similaires, il semble possible que la membrane d’un cil olfactif, prolongement des cellules réceptrices qui pénètrent dans la muqueuse et reçoivent le stimulus, réagisse uniquement à une taille moléculaire déterminée.
De nouvelles recherches tendent vers le fait qu’une cellule sensorielle n’exprime qu’un seul type de récepteur.
Une recherche de l’Université de Californie a découvert que certaines odeurs pourraient augmenter la capacité cognitive des personnes en réalisant une expérience où un échantillon d’individus était exposé à l’arôme d’une fragrance pendant leur sommeil. Cette recherche ouvre la porte à des traitements de neuroréhabilitation non invasifs pour lutter contre les maladies neurodégénératives ou diverses lésions cérébrales.
Les récepteurs
Nous disposons de six millions de cellules réceptrices olfactives (neurones bipolaires), qui se situent à l’intérieur de deux portions de la membrane muqueuse (l’épithélium olfactif).
Chez l’homme, l’épithélium olfactif couvre une petite zone des deux cavités nasales, situé dans la partie supérieure de la cavité nasale, au bord des cornets supérieurs et sur la surface opposée du septum nasal.
Les récepteurs de l’odorat se trouvent dans l’épithélium sensoriel, qui est formé par des cellules de soutien et par des cellules sensorielles ou cellules réceptrices olfactives.
Les cellules réceptrices olfactives sont des neurones bipolaires, dont les corps cellulaires se situent dans la muqueuse olfactive qui recouvre la lame criblée, une ouverture à la base dans la partie rostrale du cerveau.
Parmi les cellules réceptrices olfactives se trouvent des cellules de soutien, qui contiennent des enzymes détruisant les molécules odorantes et, par conséquent, aident à prévenir l’altération des récepteurs olfactifs.
La région olfactive contient également de nombreuses petites glandes mucosales, les glandes de Bowman, dont la sécrétion forme un film terminal fin qui recouvre la muqueuse olfactive.
Le segment distal de la cellule sensorielle s’amincit pour former une tige fine qui dépasse légèrement la surface de l’épithélium olfactif. Cette protubérance olfactive est recouverte de nombreux cils olfactifs. En direction proximale, le corps cellulaire oval se prolonge par un prolongement fin qui, avec les autres prolongements, est entouré par les cellules de Schwann.
Interaction stimulus‑récepteur
Les chercheurs admettent que les cils olfactifs contiennent des récepteurs moléculaires qui sont stimulés par les molécules odorantes.
Jones et Reed ont identifié une protéine G particulière, qu’ils ont appelée Golf. Cette protéine peut activer une enzyme qui catalyse la synthèse de l’AMP cyclique (adénosine monophosphate cyclique, un nucléotide agissant comme second messager dans différents processus biologiques), lequel peut à son tour ouvrir les canaux sodiques et dépolariser la membrane de la cellule olfactive.
Les protéines G servent de lien entre les récepteurs métabotropiques et les canaux ioniques : lorsqu’un ligand se lie à un récepteur métabotropique (mécanismes de transduction du signal, souvent via des protéines G, pour activer une série d’événements intracellulaires en utilisant des seconds messagers chimiques), la protéine G ouvre directement ou indirectement un canal ionique en activant la production d’un second messager. La découverte de Golf a suggéré que les cils olfactifs contenaient des récepteurs d’odeur couplés à cette protéine G.
Buck et Axel ont découvert une famille de gènes codant pour une famille de protéines réceptrices olfactives. Chez l’humain, il semble y avoir entre 500 et 1000 récepteurs différents, chacun sensible à une odeur différente. Les molécules odorantes se lient à ces récepteurs et les protéines G couplées provoquent l’ouverture des canaux sodiques, produisant des potentiels d’action dépolarisants.
La stimulation cognitive olfactive ouvre un champ d’intervention dans le domaine de la neuroplasticité, connue comme la capacité du cerveau à se récupérer, se restructurer, se recomposer, se remodeler, se reformer, se réorganiser et s’adapter à de nouvelles situations.
Abonnez-vous
à notre
Newsletter
Les nerfs olfactifs
Les cellules réceptrices olfactives envoient à travers la surface de la muqueuse un prolongement qui se divise en 10 ou 20 cils, lesquels pénètrent dans la couche de mucus.
Ces prolongements se regroupent pour former les nerfs olfactifs qui traversent les orifices de la lame criblée pour atteindre le bulbe olfactif. Environ trente‑cinq paquets d’axones, entourés de cellules gliales, traversent l’os par de petits orifices de la lame criblée.
Les prolongements se terminent dans les glomérules olfactifs du bulbe olfactif, où ils forment des synapses avec les dendrites des cellules mitrales.
Deux autres paires de nerfs accompagnent le nerf olfactif depuis la cavité nasale jusqu’au cerveau : le nerf terminal et le nerf voméronasal.
Le nerf terminal est formé par un faisceau de fines fibres nerveuses qui se dirigent depuis le septum nasal à travers la lame criblée jusqu’à la lame terminale, entrant dans le cerveau sous la commissure antérieure. Ce faisceau contient de nombreuses cellules nerveuses et est considéré comme un nerf végétatif.
Le nerf voméronasal, qui s’étend de l’organe voméronasal vers le bulbe olfactif accessoire, est développé chez les vertébrés inférieurs et chez l’homme n’est démontrable que durant le développement embryonnaire.
La muqueuse olfactive contient également des terminaisons nerveuses libres des axones du nerf trijumeau. Ces terminaisons nerveuses médiatisent les sensations de douleur qui peuvent être produites en reniflant certains irritants chimiques tels que l’ammoniac.
Les bulbes olfactifs
Les bulbes olfactifs sont des régions épaissies à l’extrémité du tractus olfactif, qui reçoivent des afférences des récepteurs olfactifs. Ils sont situés à la base de l’encéphale, à l’extrémité des longs tractus olfactifs.
Chaque cellule réceptrice envoie un axone unique au bulbe olfactif, où il fait synapse avec les dendrites des cellules mitrales. Ces synapses ont lieu dans le complexe axonal et dans les arborisations dendritiques appelées glomérules olfactifs.
Il y a environ 10 000 glomérules, chacun d’eux recevant les afférences d’un faisceau d’environ 2000 axones.
Voies nerveuses
Parcours du stimulus
En synthèse, les récepteurs olfactifs consistent en des neurones bipolaires localisés dans l’épithélium olfactif, qui tapisse le plafond des sinus nasaux, dans l’os situé sous les lobes frontaux.
Les récepteurs envoient des terminaisons à travers la surface de la muqueuse, qui se divisent en cils. Les membranes de ces cils contiennent des récepteurs qui détectent les molécules odorantes dissoutes dans l’air, qui atteignent la muqueuse olfactive. Les axones des récepteurs olfactifs passent à travers les orifices de la lame criblée vers les bulbes olfactifs, où ils forment des synapses dans le glomérule avec les dendrites des cellules mitrales. Ces neurones envoient des axones, à travers les tractus olfactifs, vers le cerveau, principalement vers l’amygdale (liée aux émotions), le cortex piriforme (traitement de l’information) et le cortex entorhinal (mémoire, orientation et apprentissage). L’hippocampe (apprentissage et mémoire), l’hypothalamus et le cortex orbitofrontal (prise de décision) reçoivent l’information olfactive de manière indirecte.
Organe voméronasal
La plupart des mammifères possèdent un autre organe qui répond aux substances chimiques environnementales : l’organe voméronasal, qui est un épithélium sensoriel situé à l’intérieur d’une poche muqueuse du septum nasal, important chez les reptiles pour repérer les aliments. Il joue également un rôle important dans la réponse animale aux phéromones (substances chimiques produites par les animaux qui affectent la physiologie reproductive et le comportement).
Différentes régions impliquées
Les axones du tractus olfactif projettent directement vers l’amygdale et vers deux régions du cortex limbique : le cortex piriforme et le cortex entorhinal.
- L’amygdale, liée à l’émotion, envoie l’information olfactive à l’hypothalamus, lié à la prise alimentaire et à l’émotion.
- Le cortex entorhinal, lié à l’apprentissage et à la mémoire, envoie l’information olfactive à l’hippocampe, également lié à l’apprentissage et à la mémoire.
- Le cortex piriforme, lié à la mémoire et à l’apprentissage, envoie l’information olfactive à l’hypothalamus et au cortex orbitofrontal, lié à la mémoire et à l’émotion, via le noyau dorsomédial du thalamus, lié à la mémoire et à l’apprentissage.
- Le cortex orbitofrontal, en plus de l’information olfactive, reçoit aussi des informations gustatives. Ainsi, il pourrait être impliqué dans la combinaison du goût et de l’odorat dans les saveurs.
- L’hypothalamus reçoit une quantité considérable d’information olfactive, ce qui est probablement important pour l’acceptation ou le rejet des aliments et pour le contrôle olfactif des processus de reproduction.
On voit ainsi que, par la stimulation cognitive, en utilisant comme outil l’odorat et les différentes odeurs auxquelles nous pouvons être confrontés, nous allons activer des régions cérébrales liées à la mémoire, à l’apprentissage, à l’émotion, à la prise de décision, au traitement de l’information… De cette manière, une activité aussi simple que la reconnaissance de différents stimuli odorants peut conduire à l’amélioration ou au ralentissement de différents processus de déclin cognitif, nous offrant un champ d’intervention qui peut en même temps être combiné avec d’autres techniques de stimulation cognitive.
Perception d’odeurs spécifiques
Les personnes peuvent reconnaître plus de 10 000 odeurs différentes. Même si nous disposions de plusieurs centaines de récepteurs olfactifs différents, voire d’un millier, il resterait beaucoup d’odeurs non expliquées.
Comment pouvons-nous utiliser un nombre relativement réduit de récepteurs pour détecter autant d’odeurs différentes ?
La reconnaissance d’une odeur donnée est une question de reconnaissance d’une configuration particulière d’activité dans les glomérules. La tâche de reconnaissance chimique devient une tâche de reconnaissance spatiale.
Les schémas spatiaux d’information olfactotopique se maintiennent dans le cortex olfactif. Probablement, le cerveau reconnaît les odeurs particulières par la reconnaissance des différents schémas d’activation qui se produisent.
Bien que la plupart des odeurs soient produites par des mélanges de nombreuses substances chimiques différentes, nous les identifions comme appartenant à un objet concret, par exemple l’odeur du café ou l’odeur de la fumée d’une cigarette.
Bibliographie
- N. Carlson. (2006). Physiologie du comportement. Éd. Pearson, Madrid
- W. Kahle. (2003). Atlas d’Anatomie. Tome 3. Système nerveux et organes des sens. Éd. Omega, Barcelone
- Woo, C; Miranda, B; Sathishkumar, M; Dehkordi-Vakil, F; Yassa, M y Leon, M. (2023). Overnight olfactory enrichment using an odorant diffuser improves memory and modifies the uncinate fasciculus in older adults. Frontiers in Neuroscience.
Qu’est-ce que je vais trouver sur NeuronUP à partir de maintenant ?
Laisser un commentaire