Neurobiologie de l’odorat

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Neurobiologie de l’odorat

André Holley

1 - Les sciences du goût

On désigne comme « sciences du goût » les disciplines qui étudient le rôle des signaux sensoriels dans le contrôle de la prise d’aliments et, par extension, le rôle du système nerveux dans l’alimentation. Le contrôle et la régulation de la prise d’aliments sont sous la dépendance de deux sortes de signaux :

  • des signaux externes (olfactifs, gustatifs, visuels, tactiles) produits par les aliments ;
  • des signaux internes (nerveux, humoraux) relatifs à l’état métabolique et nutritionnel, et inducteurs d’un état de motivation (faim ou satiété). Le comportement de prise d’aliments fait également intervenir

des mécanismes de mémoire et d’apprentissage ainsi que des

processus décisionnels et moteurs. Autre composante de la prise alimentaire, le plaisir sensoriel qui est un état mental associé, principalement par apprentissage, à la perception de stimulus externes pertinents (arômes, saveurs, textures...), dans un état de motivation adéquat (faim, appétit).

Nous centrerons maintenant cet exposé sur une catégorie de signaux externes, les signaux olfactifs.

2 - L’organe olfactif et les cellules réceptrices des odorants
Le système olfactif comporte une partie périphérique, l’organe sensoriel, et une partie centrale, les voies et les aires cérébrales qui traitent l’information venant de la périphérie.

L’organe olfactif lui-même comprend un épithélium sensoriel contenant plusieurs millions de cellules. Ces cellules sont des neurones assumant les trois fonctions de réception des molécules odorantes, de transduction et de transmission des signaux. L’épithélium est recouvert d’une couche de mucus aqueux, formant une interface obligatoire entre les molécules portées par l’air et les cellules. Les axones des neurones récepteurs se rassemblent en rameaux nerveux qui constituent le nerf olfactif, lequel conduit les signaux électriques ou influx jusqu’au relais représenté par le bulbe olfactif.

Les cellules réceptrices ont une sélectivité réelle mais plutôt faible. En effet, quand plusieurs odorants sont délivrés successivement pendant l’enregistrement de l’activité d’une cellule réceptrice, certains provoquent une augmentation de la fréquence des influx, d’autres non. C’est en ce sens que les neurones peuvent être dits sélectifs. Certains le sont peu, d’autres davantage. On constate, en outre, qu’un neurone récepteur répond semblablement à plusieurs odorants et qu’un même odorant est capable de stimuler plusieurs récepteurs. La conclusion que l’on peut en tirer est qu’un neurone récepteur ne peut donc à lui seul représenter sans ambiguïté un odorant.

3 - Les récepteurs moléculaires
Les gènes des récepteurs olfactifs ont été identifiés en 1991 par Buck et Axel. Ils appartiennent à une super-famille commandant la synthèse de protéines à sept domaines transmembranaires, couplées à des protéines G. Le génome des rongeurs compte plus d’un millier de tels gènes. Seuls 350 environ restent fonctionnels chez les humains. Les autres sont des pseudogènes. Un seul type de récepteur est exprimé par cellule.

Les molécules d’odorants doivent accéder au site récepteur au sein de la protéine réceptrice et réaliser une liaison de faible énergie avec ce site. Le grand nombre de récepteurs différents explique le très grand nombre de molécules d’odorants qui peuvent être discriminées par les animaux et même par les humains.

4 - Les propriétés de la perception olfactive

Examinons maintenant quelles propriétés de la perception olfactive sont susceptibles de recevoir un éclairage des connaissances acquises sur les cellules olfactives et leurs récepteurs. Ce dont il faut rendre compte, en particulier, c’est la sensibilité remarquable du sens olfactif, la forte variabilité interindividuelle de cette sensibilité, l’étendue et la diversité des qualités olfactives discriminables ainsi que les ressemblances et les dissemblances entre odeurs.

La sensibilité remarquable du sens olfactif résulte d’un fort coefficient d’amplification dû aux cascades enzymatiques qui relient la réception de l’odorant à l’ouverture des canaux ioniques dans la membrane et engendrent les influx ; elle provient aussi de la convergence sélective des terminaisons de neurones récepteurs sur les neurones relais mille fois moins nombreux dans le bulbe olfactif. Quant à la forte variabilité interindividuelle de la sensibilité, elle est attribuable à la variabilité de l’équipement en récepteurs des différents individus en rapport avec la répartition inhomogène des pseudogènes dans les populations humaines. Enfin, l’étendue et la diversité des qualités olfactives discriminables résulte des propriétés des récepteurs qui reconnaissent certains traits des molécules odorantes et non pas les molécules elles-mêmes. Puisque plusieurs molécules d’odorants partagent les mêmes traits, un récepteur peut être activé par plusieurs odorants.

En conséquence un odorant ne peut pas être reconnu par un récepteur unique. Il ne peut l’être que par une population de récepteurs. Dans le message nerveux transmis par le nerf olfactif, une odeur est représentée par une combinaison spécifique de récepteurs activés. Cette combinaison est parfois désignée comme une forme, carte ou image olfactive périphérique.

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