Représentation neuronale des mélanges odorants
dans le bulbe olfactif des mammifères
Thèse de doctorat de l'Institut National Polytechnique de Grenoble,
spécialité Sciences Cognitives,
soutenue le 25/09/2000
par
Pascale Giraudet
Travaux réalisés grâce à une collaboration entre
| l' | Institut de la Communication Parlée INPG, bâtiment B 46, av Félix Viallet 38031 Grenoble Cedex Tel: 04 76 57 45 33 Fax: 04 76 57 47 10 | et le | Laboratoire de Neurosciences et Systèmes Sensoriels. UCB - Lyon 1 50 avenue Tony Garnier 69366 Lyon cedex 07 Tel: 04 37 28 76 00 Fax: 04 37 28 76 01 |
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COMPOSITION DU JURY :
| Président | : | M. Jeanny Hérault |
| Rapporteurs | : | M. Yves Frégnac |
| M. Jean-Pierre Rospars | ||
| Examinatrice | : | Mme Mirta Gordon |
| Directeur de thèse | : | M. Frédéric Berthommier |
| Co-directeur de thèse | : | M. Michel Chaput |
RÉSUMÉ :
Les odeurs naturelles sont des mélanges complexes de plusieurs molécules, et la connaissance des stratégies de codage de ces mélanges nous semble nécessaire à la compréhension du fonctionnement du système olfactif. Cette thèse décrit la première étude électrophysiologique de la représentation des mélanges odorants chez le mammifère. L'étude est menée au niveau du bulbe olfactif, le premier relais dans le traitement de l'information olfactive, chez des rats anesthésiés, mais respirant librement. Elle s'intéresse à la représentation neuronale d'une odeur composée (mélange binaire de molécules odorantes) en comparaison avec la représentation de ses composants. L'information olfactive étant rythmée chez le mammifère par la respiration, l'activité neuronale unitaire est caractérisée par son organisation au cours du cycle respiratoire (motif temporel), et des méthodes originales sont élaborées pour analyser ces motifs. Nous montrons qu'au niveau cellulaire le motif temporel évoqué par un mélange est une moyenne pondérée des motifs évoqués par ses composants. Pour la majorité des cellules, un des composants est largement prépondérant sur l'autre. Cet effet de dominance bascule en général très rapidement d'un composant à l'autre lorsque leurs concentrations relatives changent, mais pour un rapport de concentration spécifique de chaque cellule. Nous soutenons que, au niveau bulbaire, les mélanges odorants sont représentés majoritairement par un codage temporel parallèle de leurs composants. Seule une petite proportion des cellules transmet une information vraiment spécifique du mélange. Ces résultats sont discutés d'une part en comparaison avec les connaissances de la représentation des mélanges dans le bulbe olfactif du poisson, et d'autre part avec ce que nous savons de la perception des mélanges odorants chez l'homme.
MOTS-CLÉS :
Électrophysiologie - Représentation neuronale - Bulbe olfactif - Mammifères - Mélanges odorants - Motif temporel - Codage olfactif - Dominance
ABSTRACT :
Neural representation of odor mixtures in the mammalian olfactory bulb
Natural odors are complex blends of several molecular components, and investigation of mixture encoding seems crucial for a better understanding of the olfactory system functioning. The present manuscript describes the first electrophysiological study of odor mixture representation in mammalian brain. This study is lead in the olfactory bulb, first relay in olfactory information processing, of anaesthetized but freely-breathing rats. It is concerned with neural representation of binary mixtures of odorous molecules in comparison with the representation of their components. Since, in mammals, olfactory information is respiratory locked, neural activity is characterized by its temporal organization along the respiratory cycle. Original methods are worked out in order to analyze these temporal patterns of activity. At cellular level, it results that the temporal pattern evoked by a mixture is a weighted average of its components patterns. In most of the cells, one of the components greatly overweight the other. This dominance generally switch quickly from one component to the other when their relative concentrations change, the switch occurring for a concentration ratio characteristic of each cell. We conclude that, in the olfactory bulb, a majority of cells represent odor mixtures by parallel encoding of their components, and a minority by mixture specific temporal patterns. These results are discussed in comparison with previous studies of odor mixture representation in the fish olfactory bulb, and also in comparison with what is known about human odor mixture perception.
