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La saturation des cellules olfactives est-elle capable de créer une sensation d'une autre odeur lorsqu'elle s'arrête ?

La saturation des cellules olfactives est-elle capable de créer une sensation d'une autre odeur lorsqu'elle s'arrête ?



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Je recherche au moins une étude scientifique sur la façon dont les odeurs pourraient avoir un impact sur le système olfactif humain et créer un phénomène qui pourrait être vaguement comparé à la rémanence de la rétine.

Par exemple, avec des yeux standard, lorsque vous regardez une zone cyan pendant longtemps, puis regardez un papier blanc, le papier semble jaune pendant un moment (voir quelques expériences amusantes ici). Cela semble être appelé une image rémanente.

Dans le type d'étude que je recherche, s'il existe, les cellules olfactives seraient impliquées à la place de la rétine.

Être exposé à une odeur forte pendant un certain temps ferait sentir au sujet une autre odeur (une odeur complémentaire ?) lorsque la forte odeur disparaîtrait même si rien ne projette cette nouvelle odeur « complémentaire » au nez. On pourrait appeler cela une « odeur résiduelle » ou une « odeur complémentaire ».


Le problème avec les odeurs est qu'aucun odorant connu n'atteint un seul récepteur olfactif. Une concentration saturante du composé X pour le récepteur A pourrait saturer un autre récepteur B, mais pas le récepteur C. Si vous diminuez maintenant la concentration, le récepteur A est toujours saturé, le récepteur B n'est que partiellement activé et le récepteur C n'est pas activé du tout. Puisque l'odeur est perçue comme la somme des entrées de tous les récepteurs olfactifs, l'odeur aux différentes concentrations sera perçue de manière totalement différente en raison de l'activation différente des récepteurs. Exposer un nez à un stimulus puissant stimulera toujours plus d'un récepteur, donc la saturation se produira à plus d'un récepteur.

La perception de la lumière, quant à elle, dépend de récepteurs finement réglés qui sont spécifiques à une certaine plage de longueurs d'onde. Une fois que les récepteurs ont été réglés pour avoir peu de récepteurs très spécifiques et une fois qu'ils ont été réglés pour avoir beaucoup de récepteurs non spécifiques. J'aime l'idée mais je doute qu'elle puisse être confirmée en laboratoire, de plus je n'ai trouvé aucun rapport à l'appui, ce n'est pas une preuve.


Oui, il y a quelque chose comme une "image rémanente d'odeur", au moins chez les rongeurs. Voici le papier :

http://www.pnas.org/content/110/35/E3340.abstract

Mais gardez à l'esprit que ce phénomène est assez différent des images rémanentes visuelles. Premièrement, cela ne dépend pas strictement de "l'adaptation", car l'adaptation est une propriété de l'organe sensoriel, pas du cerveau. Deuxièmement, outre tous les qualia questions, cela ne semble pas créer de sensations olfactives différentes, ou une "odeur complémentaire" comme vous l'avez dit. L'une des raisons de ce manque d'"odeur complémentaire" est que la complexité des récepteurs olfactifs (en termes simples, le nombre de récepteurs différents et leur activité) est bien supérieure à celle des récepteurs visuels, il ne s'agit donc pas simplement de recevoir plus d'impulsions des récepteurs non adaptatifs que de ceux qui s'adaptent, comme dans la vision.


La science des odeurs alimentaires

Pensez à ce qui vous frappe le plus lorsque vous rentrez à la maison à l'heure du dîner. Ce qui vous fait penser que vous êtes prêt pour un bon repas, avant même de mettre les pieds dans la cuisine : l'arôme de la nourriture qui flotte dans l'air. En réalité, il serait plus juste de parler en termes génériques d'« odeurs de nourriture ». Quel que soit le nom que nous choisissons, notre exemple décrit parfaitement son importance : car, très souvent, bien avant de voir ou de goûter réellement la nourriture, son odeur indiquera à quel point elle est bonne. De plus, même s'il était bien présenté et avait un goût délicieux, nous ne serions certainement pas tentés de manger de la nourriture qui sentait mauvais. Si l'on considère que, en moyenne, nous respirons environ 23 000 fois par jour, déplaçant plus de 130 mètres cubes d'air, nous nous rendons compte que l'odorat est un enjeu particulièrement important pour tout amateur de gastronomie !

Des cinq sens, l'odorat est le plus « direct » : lorsque l'on sent l'arôme d'un délicieux plat de pâtes servi dans une sauce tomate, les molécules odorantes atteignent la cavité nasale et sont captées par les muqueuses qui contiennent des récepteurs olfactifs. Celles-ci sont constituées de 5 millions de cellules bourrées de « cils » qui, dès qu'elles entrent en contact avec les molécules odorantes, transmettent un message à une zone précise de notre cerveau, via le nerf olfactif. Ce contact direct entre le nez et le cerveau explique comment une simple odeur peut déclencher une émotion. Et pourquoi, par exemple, même les yeux fermés, nous parvenons à l'associer à certaines expériences ou personnes. Bref, on se souviendra de l'odeur de la nourriture que nous servons aux gens : assurons-nous que leur souvenir soit agréable ! De plus, l'expérience olfactive influence le goût des aliments. Sans entrer dans des explications scientifiques fastidieuses, il suffit de savoir que nos ancêtres primitifs sentaient la nourriture pour comprendre si elle était comestible ou non (comme de nombreux animaux, les chats en étant un parfait exemple). Cela est dû à deux processus, appelés « olfaction orthonasale » et « olfaction rétronasale » qui transforment fondamentalement le signal olfactif en un signal gustatif, améliorant ainsi notre perception de la saveur.

Au cours de l'évolution, l'homme a appris à classer une pléthore d'expériences gustatives très intenses. L'un des plus appréciés est celui du caramel mais, en réalité, la vraie cause d'une bonne odeur dans n'importe quel aliment, c'est une température élevée. En termes simples, on peut dire que dans de nombreux plats, la chaleur fait en sorte que les acides aminés réagissent avec certains types de sucre pour former des dicarbonyles qui, à leur tour, réagissent avec d'autres acides aminés pour prolonger la réaction. C'est ainsi que les odeurs et les saveurs agréables sont amplifiées.

La réaction de Maillard - on en a déjà parlé ici - permet de créer des odeurs particulièrement bienvenues au palais, à condition que les aliments contiennent le moins d'eau possible avant d'être cuits. Si vous y pensez, les aliments bouillis créent certaines des odeurs de cuisson les moins appétissantes. Si vous cherchez à créer des arômes qui séduiront à coup sûr les convives les plus exigeants, gardez quelques conseils simples à l'esprit. Privilégiez tout d'abord les aliments grillés ou cuits au four les plus susceptibles de dégager de « bonnes odeurs » : les températures élevées diffusent en effet plus efficacement les molécules odorantes. Une autre astuce consiste à utiliser des mélanges riches en sucre : par exemple, la viande grillée ou le poulet rôti peuvent être badigeonnés de miel avant la cuisson. Et ne soyez pas méchant avec le beurre : c'est un autre ingrédient qui, à haute température, libère des molécules extrêmement appétissantes pour le nez et le palais. Il suffit de penser aux produits cuits au four comme les croissants : qu'est-ce qui pourrait mieux tenter l'appétit que cela ? Eh bien, je crois que vous avez maintenant bel et bien compris le fait que la bonne cuisine est quelque chose pour lequel il faut avoir le nez.


Introduction

Les observations expérimentales ainsi que la modélisation quantitative ont conduit à suggérer que les événements périphériques plutôt que la signalisation intracellulaire régissent la cinétique du potentiel récepteur olfactif dans le neurone récepteur non adapté (Kaissling 2001). Les événements périphériques comprennent l'absorption adsorbante de molécules odorantes de l'espace aérien par l'organe olfactif, leur transport vers la cellule réceptrice olfactive et leurs interactions avec diverses protéines olfactives telles que les protéines extracellulaires de liaison aux odorants (Vogt et Riddiford 1981 Klein 1987 Steinbrecht et al. 1992, 1995), des molécules réceptrices du neurone récepteur (Nakagawa et al. 2005), des enzymes dégradant les odeurs (Vogt et al. 1985) et une hypothétique enzyme catalysant la désactivation odorante postulée (Kaissling 1972). Le but de cet article est d'étudier la contribution de chacun de ces processus extracellulaires aux caractéristiques de réponse du neurone récepteur.

Pour la modélisation quantitative, il faut connaître la concentration initiale de chaque partenaire de réaction et la constante de vitesse de chaque réaction. Jusqu'à récemment, seuls quelques-uns de ces paramètres du modèle avaient été mesurés, tandis que d'autres étaient déterminés indirectement ou sur la base d'hypothèses. Des études récentes ont présenté des données structurelles et cinétiques sur l'interaction de la phéromone bombykol et de la protéine de liaison aux phéromones (PBP) de la teigne de la soie Bombyx mori. D'après l'analyse aux rayons X et à la RMN, il est devenu connu que cette PBP subit des changements de conformation en fonction du pH (Sandler et al. 2000 Horst et al. 2001a, b Klusák et al. 2003 Leal 2004) et de la présence du ligand ( Lautenschlager et al 2005). Les constantes de vitesse de liaison des phéromones par la PBP dans les deux conformations, la forme A et la forme B (avec l'extrémité C à l'intérieur et à l'extérieur de la cavité de liaison centrale, respectivement), ont été mesurées (Leal et al. 2005a). Les vitesses des changements de conformation des deux formes lors des changements de pH ont été déterminées dans des expériences d'arrêt de l'écoulement (ibid.).

De plus, l'enzyme dégradant les phéromones (PDE) du papillon Antheraea polyphemus, détecté par Vogt et Riddiford (1981) et isolé par Vogt et al. (1985), a été cloné et sa cinétique de dégradation a été réétudiée (Ishida et Leal 2005). Enfin, les molécules réceptrices du bombykol et du bombykal ont été clonées, et l'EC50 pour le bombykol, l'interaction avec les molécules réceptrices exprimées dans un système hétérologue a été déterminée (Nakagawa et al. 2005). La molécule de récepteur de bombykol a également été exprimée dans un neurone olfactif 𠇎mpty” de Drosophila melanogaster (Syed et al. 2006).

Au vu de ces découvertes, le modèle des événements périrécepteurs et récepteurs (Kaissling 2001) doit être mis à jour et modifié. Nous décrivons le réseau chimique des événements périrécepteurs conduisant à l'activation des molécules réceptrices. Ces processus sont considérés comme une transformation de stimulus extracellulaire, tandis que la transduction de stimulus intracellulaire conduit des molécules réceptrices activées à la dépolarisation du neurone récepteur, c'est-à-dire du potentiel récepteur. Nous modélisons la cinétique du potentiel récepteur suivant la suggestion de Kaissling (2001) selon laquelle il est régi par des processus extracellulaires, car la transduction intracellulaire semble être relativement rapide. Ceci est corroboré par l'analyse récente de la signalisation intracellulaire de Gu et al. (2009).

La modélisation peut aider à comprendre les multiples fonctions de la PBP (Kaissling 2001), à estimer la densité de molécules réceptrices dans la membrane du neurone récepteur et à distinguer la dégradation mesurée et la désactivation postulée de la phéromone. Une attention particulière est consacrée au mécanisme inconnu de la désactivation odorante. Deux mécanismes ont été discutés précédemment, avec une désactivation catalysée soit par l'hypothétique enzyme N (modèle N, Kaissling 1998a, 2001) soit par les molécules réceptrices (modèle R Kaissling 1998a, b). Ici, nous traitons les deux modèles et les comparons avec un modèle dans lequel la désactivation est un processus spontané non enzymatique (modèle S). Les données expérimentales ont été tirées d'études sur deux espèces d'insectes principalement, le papillon à soie, B. mori et le papillon saturnien, A. polyphème.

Nous discutons de la contribution de la PBP, l'enzyme de dégradation des phéromones, du processus de désactivation des phéromones et des molécules réceptrices à la cinétique et à la spécificité chimique de la réponse récepteur-neurone. Enfin, nous ajoutons dans la discussion une explication possible de la large gamme de concentrations de stimulus couvertes par la courbe dose-réponse stable du potentiel récepteur.


Contenu

Différents types de neurones sensoriels ont différents récepteurs sensoriels qui répondent à différents types de stimuli. Il existe au moins six récepteurs sensoriels externes et deux internes :

Récepteurs externes Modifier

Les récepteurs externes qui répondent aux stimuli provenant de l'extérieur du corps sont appelés extérorécepteurs. [3] Les extérorécepteurs comprennent les récepteurs olfactifs (odeur), les récepteurs gustatifs, les photorécepteurs (vision), les cellules ciliées (audition), les thermorécepteurs (température) et un certain nombre de mécanorécepteurs différents (étirement, distorsion).

Odeur Modifier

Les neurones sensoriels impliqués dans l'odorat sont appelés neurones sensoriels olfactifs. Ces neurones contiennent des récepteurs, appelés récepteurs olfactifs, qui sont activés par les molécules odorantes présentes dans l'air. Les molécules dans l'air sont détectées par des cils agrandis et des microvillosités. [4] Ces neurones sensoriels produisent des potentiels d'action. Leurs axones forment le nerf olfactif et ils se synapsent directement sur les neurones du cortex cérébral (bulbe olfactif). Ils n'empruntent pas la même voie que les autres systèmes sensoriels, en contournant le tronc cérébral et le thalamus. Les neurones du bulbe olfactif qui reçoivent une entrée nerveuse sensorielle directe ont des connexions avec d'autres parties du système olfactif et de nombreuses parties du système limbique.

Goût Modifier

À l'instar des récepteurs olfactifs, les récepteurs gustatifs (récepteurs gustatifs) des papilles gustatives interagissent avec les produits chimiques contenus dans les aliments pour produire un potentiel d'action.

Vision Modifier

Les cellules photoréceptrices sont capables de phototransduction, un processus qui convertit la lumière (rayonnement électromagnétique) en signaux électriques. Ces signaux sont affinés et contrôlés par les interactions avec d'autres types de neurones de la rétine. Les cinq classes de base de neurones de la rétine sont les cellules photoréceptrices, les cellules bipolaires, les cellules ganglionnaires, les cellules horizontales et les cellules amacrines. Le circuit de base de la rétine comprend une chaîne à trois neurones constituée du photorécepteur (soit un bâtonnet, soit un cône), une cellule bipolaire et la cellule ganglionnaire. Le premier potentiel d'action se produit dans la cellule ganglionnaire rétinienne. Cette voie est le moyen le plus direct de transmettre des informations visuelles au cerveau. Il existe trois principaux types de photorécepteurs : Les cônes sont des photorécepteurs qui répondent de manière significative à la couleur. Chez l'homme, les trois types différents de cônes correspondent à une réponse primaire à une courte longueur d'onde (bleu), une longueur d'onde moyenne (vert) et une longue longueur d'onde (jaune/rouge). [5] Les bâtonnets sont des photorécepteurs très sensibles à l'intensité de la lumière, permettant une vision dans la pénombre. Les concentrations et le rapport bâtonnets/cônes sont fortement corrélés au fait qu'un animal soit diurne ou nocturne. Chez les humains, les bâtonnets sont plus nombreux que les cônes d'environ 20:1, tandis que chez les animaux nocturnes, comme la chouette hulotte, le rapport est plus proche de 1000:1. [5] Les cellules ganglionnaires rétiniennes sont impliquées dans la réponse sympathique. Du

1,3 million de cellules ganglionnaires présentes dans la rétine, 1 à 2 % seraient photosensibles. [6]

Les problèmes et la dégradation des neurones sensoriels associés à la vision entraînent des troubles tels que :

    – dégénérescence du champ visuel central due soit à l'accumulation de débris cellulaires ou de vaisseaux sanguins entre la rétine et la choroïde, perturbant et/ou détruisant ainsi le jeu complexe des neurones qui y sont présents. [7] – perte de cellules ganglionnaires rétiniennes qui entraîne une certaine perte de vision jusqu'à la cécité. [8] – un mauvais contrôle de la glycémie dû au diabète endommage les minuscules vaisseaux sanguins de la rétine. [9]

Auditif Modifier

Le système auditif est responsable de la conversion des ondes de pression générées par la vibration des molécules d'air ou du son en signaux pouvant être interprétés par le cerveau.

Cette transduction mécanoélectrique est médiée par les cellules ciliées dans l'oreille. Selon le mouvement, la cellule ciliée peut s'hyperpolariser ou se dépolariser. Lorsque le mouvement se fait vers les stéréocils les plus hauts, les canaux cationiques Na + s'ouvrent permettant au Na + de s'écouler dans la cellule et la dépolarisation qui en résulte provoque l'ouverture des canaux Ca ++, libérant ainsi son neurotransmetteur dans le nerf auditif afférent. Il existe deux types de cellules ciliées : internes et externes. Les cellules ciliées internes sont les récepteurs sensoriels. [dix]

Les problèmes de neurones sensoriels associés au système auditif entraînent des troubles tels que :

    – Les informations auditives dans le cerveau sont traitées de manière anormale. Les patients présentant un trouble du traitement auditif peuvent généralement obtenir les informations normalement, mais leur cerveau ne peut pas les traiter correctement, ce qui entraîne une déficience auditive. [11] – La compréhension de la parole est perdue, mais la capacité d'entendre, de parler, de lire et d'écrire est conservée. Ceci est causé par des dommages aux lobes temporaux supérieurs postérieurs, encore une fois ne permettant pas au cerveau de traiter correctement les entrées auditives. [12]

Température Modifier

Les thermorécepteurs sont des récepteurs sensoriels qui répondent à des [température] variables. Bien que les mécanismes par lesquels ces récepteurs fonctionnent ne soient pas clairs, des découvertes récentes ont montré que les mammifères possèdent au moins deux types distincts de thermorécepteurs. [13] Le corpuscule bulboïde, est un récepteur cutané a sensible au froid récepteur, qui détecte les températures froides. L'autre type est un récepteur sensible à la chaleur.

Mécanorécepteurs Modifier

Les mécanorécepteurs sont des récepteurs sensoriels qui répondent à des forces mécaniques, telles que la pression ou la distorsion. [14]

Des cellules réceptrices sensorielles spécialisées appelées mécanorécepteurs encapsulent souvent des fibres afférentes pour aider à ajuster les fibres afférentes aux différents types de stimulation somatique. Les mécanorécepteurs aident également à abaisser les seuils de génération de potentiel d'action dans les fibres afférentes et les rendent ainsi plus susceptibles de se déclencher en présence d'une stimulation sensorielle. [15]

Certains types de mécanorécepteurs déclenchent des potentiels d'action lorsque leurs membranes sont physiquement étirées.

Les propriocepteurs sont un autre type de mécanorécepteurs qui signifie littéralement "récepteurs pour soi". Ces récepteurs fournissent des informations spatiales sur les membres et d'autres parties du corps. [16]

Les nocicepteurs sont responsables du traitement de la douleur et des changements de température. La douleur brûlante et l'irritation ressenties après avoir mangé un piment (en raison de son ingrédient principal, la capsaïcine), la sensation de froid ressentie après l'ingestion d'un produit chimique tel que le menthol ou l'icilline, ainsi que la sensation commune de douleur sont tous le résultat de neurones avec ces récepteurs. [17]

Les problèmes avec les mécanorécepteurs entraînent des troubles tels que :

    - une douleur sévère résultant d'un nerf sensoriel endommagé [17] - une sensibilité accrue à la douleur causée par le canal ionique sensoriel, TRPM8, qui réagit généralement à des températures comprises entre 23 et 26 degrés, et fournit la sensation de refroidissement associée au menthol et à l'icilline [17] - un trouble du système sensoriel où la douleur ou le mouvement est ressenti dans un membre qui n'existe pas [18]

Récepteurs internes Modifier

Les récepteurs internes qui répondent aux changements à l'intérieur du corps sont appelés intercepteurs. [3]

Sang Modifier

Les corps aortiques et carotides contiennent des amas de cellules glomiques – des chimiorécepteurs périphériques qui détectent les modifications des propriétés chimiques du sang telles que la concentration en oxygène. [19] Ces récepteurs sont polymodaux répondant à un certain nombre de stimuli différents.

Nocicepteurs Modifier

Les nocicepteurs répondent aux stimuli potentiellement dommageables en envoyant des signaux à la moelle épinière et au cerveau. Ce processus, appelé nociception, provoque généralement la perception de la douleur. [20] [21] On les trouve dans les organes internes ainsi qu'à la surface du corps pour "détecter et protéger". [21] Les nocicepteurs détectent différents types de stimuli nocifs indiquant un potentiel de dommages, puis initient des réponses neurales pour se retirer du stimulus. [21]

  • Thermique les nocicepteurs sont activés par la chaleur ou le froid nocifs à différentes températures. [21]
  • Mécanique les nocicepteurs réagissent à une surpression ou à une déformation mécanique, telle qu'un pincement. [21]
  • Chimique les nocicepteurs répondent à une grande variété de produits chimiques, dont certains signalent une réponse. Ils sont impliqués dans la détection de certaines épices dans les aliments, telles que les ingrédients piquants des plantes Brassica et Allium, qui ciblent le récepteur neuronal sensoriel pour produire une douleur aiguë et une hypersensibilité à la douleur ultérieure. [22]

Les informations provenant des neurones sensoriels de la tête pénètrent dans le système nerveux central (SNC) par les nerfs crâniens. Les informations provenant des neurones sensoriels situés sous la tête pénètrent dans la moelle épinière et passent vers le cerveau par les 31 nerfs rachidiens. [23] L'information sensorielle voyageant à travers la moelle épinière suit des voies bien définies. Le système nerveux code les différences entre les sensations en fonction des cellules actives.

Stimulation adéquate Modifier

Le stimulus adéquat d'un récepteur sensoriel est la modalité de stimulus pour laquelle il possède l'appareil de transduction sensorielle adéquat. Un stimulus adéquat peut être utilisé pour classer les récepteurs sensoriels :

    répondre à la pression dans les vaisseaux sanguins répondre aux stimuli chimiques répondre au rayonnement électromagnétique[24]
      réagir au rayonnement infrarouge répondre à la lumière visible répondre au rayonnement ultraviolet [citation requise]
      répondent aux champs électriques, à la salinité et à la température, mais fonctionnent principalement comme des électrorécepteurs

    Emplacement Modifier

    Les récepteurs sensoriels peuvent être classés par localisation :

    Morphologie Modifier

    Les récepteurs sensoriels somatiques près de la surface de la peau peuvent généralement être divisés en deux groupes en fonction de la morphologie :

      caractérisent les nocicepteurs et les thermorécepteurs et sont appelés ainsi parce que les branches terminales du neurone ne sont pas myélinisées et se propagent dans le derme et l'épiderme. se composent des types restants de récepteurs cutanés. L'encapsulation existe pour un fonctionnement spécialisé.

    Taux d'adaptation Modifier

    • Un récepteur tonique est un récepteur sensoriel qui s'adapte lentement à un stimulus [26] et continue à produire des potentiels d'action pendant la durée du stimulus. [27] De cette façon, il transmet des informations sur la durée du stimulus. Certains récepteurs toniques sont actifs en permanence et indiquent un niveau de fond. Des exemples de tels récepteurs toniques sont les récepteurs de la douleur, la capsule articulaire et le fuseau musculaire. [28]
    • Un récepteur phasique est un récepteur sensoriel qui s'adapte rapidement à un stimulus. La réponse de la cellule diminue très rapidement puis s'arrête. [29] Il ne fournit pas d'informations sur la durée du stimulus [27] au lieu de cela, certains d'entre eux transmettent des informations sur les changements rapides de l'intensité et de la fréquence du stimulus. [28] Un exemple de récepteur phasique est le corpuscule de Pacini.

    Il existe de nombreux médicaments actuellement sur le marché qui sont utilisés pour manipuler ou traiter les troubles du système sensoriel. Par exemple, la gabapentine est un médicament utilisé pour traiter la douleur neuropathique en interagissant avec l'un des canaux calciques voltage-dépendants présents sur les neurones non récepteurs. [17] Certains médicaments peuvent être utilisés pour lutter contre d'autres problèmes de santé, mais peuvent avoir des effets secondaires involontaires sur le système sensoriel. Les médicaments ototoxiques sont des médicaments qui affectent la cochlée par l'utilisation d'une toxine comme les antibiotiques aminosides, qui empoisonnent les cellules ciliées. Grâce à l'utilisation de ces toxines, les cellules ciliées qui pompent le K+ cessent de fonctionner. Ainsi, l'énergie générée par le potentiel endocochléaire qui pilote le processus de transduction du signal auditif est perdue, entraînant une perte auditive. [30]

    Depuis que les scientifiques ont observé le remappage cortical dans le cerveau des singes Silver Spring de Taub, de nombreuses recherches ont été menées sur la plasticité du système sensoriel. D'énormes progrès ont été réalisés dans le traitement des troubles du système sensoriel. Des techniques telles que la thérapie du mouvement induite par la contrainte développée par Taub ont aidé des patients aux membres paralysés à reprendre l'usage de leurs membres en forçant le système sensoriel à développer de nouvelles voies neuronales. [31] Le syndrome du membre fantôme est un trouble du système sensoriel dans lequel les amputés perçoivent que leur membre amputé existe toujours et qu'ils peuvent encore ressentir de la douleur. La boîte miroir développée par V.S. Ramachandran, a permis aux patients atteints du syndrome du membre fantôme de soulager la perception des membres fantômes paralysés ou douloureux. C'est un dispositif simple qui utilise un miroir dans une boîte pour créer une illusion dans laquelle le système sensoriel perçoit qu'il voit deux mains au lieu d'une, permettant ainsi au système sensoriel de contrôler le « membre fantôme ». Ce faisant, le système sensoriel peut progressivement s'acclimater au membre amputé, et ainsi atténuer ce syndrome. [32]

    La réception hydrodynamique est une forme de mécanoréception utilisée chez diverses espèces animales.


    Modélisation des décharges d'inhibition/excitation dans le bulbe olfactif à travers des neurones à pointes

    Les systèmes neuronaux à pointes sont basés sur des modèles de calcul neuronaux inspirés de la biologie, car ils prennent en compte le moment précis des événements de pointe et conviennent donc pour analyser les aspects dynamiques de la transmission de signaux neuronaux. Ces systèmes ont suscité un intérêt croissant car ils sont plus sophistiqués que les simples modèles de neurones trouvés dans les systèmes neuronaux artificiels. et la segmentation des motifs. Les simulations sont conçues pour illustrer certaines propriétés de la dynamique du bulbe olfactif (OB) et sont basées sur une extension du neurone d'intégration et de feu (IF) et sur l'idée de cellules d'excitation et d'inhibition couplées localement. Nous introduisons la théorie de fond pour faire un choix approprié des paramètres du modèle. Les deux formes de connectivité suivantes offrant certains avantages informatiques et analytiques, soit par la symétrie, soit par des propriétés statistiques dans l'étude de la dynamique OB ont été utilisées :

    couplage de type champ récepteur.

    Nos simulations ont montré que le délai de transmission inter-neurone contrôle la taille des variations spatiales de l'entrée et lisse également la réponse du réseau. Notre modèle IF étendu s'avère être une base utile à partir de laquelle nous pouvons étudier des caractéristiques plus sophistiquées telles que la formation de motifs complexes, la stabilité globale et le chaos de la dynamique OB.


    ARTICLES LIÉS

    L'équipe a identifié trois variations spécifiques entre les génomes des sujets, dont l'existence a été confirmée dans une étude distincte portant sur 2 204 Islandais supplémentaires.

    Le premier est un gène récepteur olfactif appelé récepteur 5 associé aux traces d'amines - ou "TAAR5" en abrégé - qui modifie la façon dont ses détenteurs perçoivent la triméthylamine, un composé présent dans le poisson pourri et fermenté.

    D'après les tests d'odeur, les chercheurs ont découvert que les personnes atteintes d'une certaine variante de ce gène ne peuvent généralement pas sentir les odeurs de poisson - ou bien ont décrit l'odeur avec des descripteurs positifs ou neutres comme "roses", "caramel" ou "pommes de terre".

    «Les porteurs de la variante trouvent l'odeur de poisson moins intense, moins désagréable et sont moins susceptibles de la nommer avec précision», a déclaré le professeur Gisladottir.

    "Il y a beaucoup de recherches animales sur TAAR5 en relation avec son rôle dans les réponses aversives câblées à la triméthylamine."

    «Nos résultats étendent les implications de cette recherche à la perception et au comportement des odeurs humaines», a ajouté le professeur Gisladottir.

    Chaque participant a été invité à passer une série de tests d'odeur, au cours desquels il devait renifler l'odeur dégagée par les dispositifs parfumés en forme de stylo (photo) – puis identifier l'arôme, évaluer son intensité et le classer en fonction de son agrément. sentir. Les parfums utilisés dans le test comprenaient ceux de poisson, de banane, de cannelle, de citron, de réglisse et de menthe poivrée

    À partir des tests d'odeur, les chercheurs ont découvert que les personnes atteintes d'une certaine variante du gène TAAR5 ne peuvent généralement pas sentir les odeurs de poisson - ou ont décrit l'odeur avec des descripteurs positifs ou neutres comme "roses" (à gauche), "caramel" (à droite) ou "pommes de terre"

    Les deux autres découvertes du chercheur – qui ont un impact sur la capacité de certains individus à percevoir les odeurs de cannelle et de réglisse – ont été trouvées dans des variantes de gènes olfactifs plus courantes.

    «Nous avons découvert une variante commune dans un groupe de récepteurs olfactifs qui est associée à une sensibilité accrue au trans-anéthole», professeur Gisladottir.

    Cela, a-t-elle expliqué, "se retrouve dans les produits à base de réglisse noire mais aussi dans les épices et les plantes telles que les graines d'anis, l'anis étoilé et le fenouil".

    "Les porteurs de la variante trouvent l'odeur de réglisse plus intense, plus agréable et peuvent la nommer plus précisément", a-t-elle poursuivi.

    "Il est intéressant de noter que la variante est beaucoup plus courante en Asie de l'Est qu'en Europe."

    La variante à la cannelle, quant à elle, donne à certaines personnes un sens accru pour l'ingrédient principal de la cannelle chinoise et de la cannelle de Ceylan, le trans-cinnamaldéhyde.

    «Nous avons découvert une variante commune dans un groupe de récepteurs olfactifs qui est associée à une sensibilité accrue au trans-anéthole», professeur Gisladottir. Celle-ci, a-t-elle expliqué, se « trouve dans les produits à base de réglisse noire mais aussi dans les épices et les plantes telles que les graines d'anis, l'anis étoilé et le fenouil. Les porteurs de la variante trouvent l'odeur de réglisse plus intense' Sur la photo: toutes sortes de réglisse

    Les chercheurs ont noté que la fréquence des variantes diffère entre les populations. Le TAAR5 apparaît chez 2,2 % des Islandais et 1,7 % des Suédois, mais seulement chez 0,8 et 0,2 %, respectivement, des Européens du Sud et des Africains.

    " Couplé à des preuves de différences géographiques dans les fréquences alléliques, cela soulève la possibilité que la […] diversité trouvée dans les gènes des récepteurs olfactifs humains qui affectent notre odorat soit toujours affinée par la sélection naturelle ", a écrit l'équipe.

    Une fois leur étude initiale terminée, le professeur Gisladottir et ses collègues continuent d'explorer comment la perception des odeurs varie entre les personnes – en plus d'utiliser des tests expérimentaux similaires pour enquêter sur la perte d'odeur associée à COVID-19.

    Les résultats complets de l'étude ont été publiés dans la revue Current Biology.

    COMMENT FONCTIONNE LE SYSTÈME OLFACTIF HUMAIN ?

    Le système olfactif humain (vue d'artiste)

    L'odorat est un processus complexe.

    Le système olfactif détecte les molécules dans l'air.

    Respirées dans la cavité nasale, les molécules odorantes entrent en contact avec les tissus épithéliaux olfactifs du haut du nez.

    Chaque molécule stimule plusieurs cellules réceptrices chimiques.

    Le nerf olfactif transmet les informations des cellules réceptrices au cerveau pour traitement.

    Les informations transmises comprennent des mesures de l'intensité et de la qualité des odeurs.


    Celui de Rembrandt Sensations

    Au contraire, j'identifie neuf différents modalités sensorielles, ou des domaines généraux dans lesquels la sensation se produit. Ces modalités peuvent être hiérarchisées (bien sûr !), en commençant par une division (initialement proposée par Sherrington en 1906) en deux grandes catégories,extéroception et proprioception. Au sein de chacune de ces catégories, il existe (bien sûr !) d'autres sous-catégories.

    Extéroception fait référence aux sensations qui découlent de la stimulation de récepteurs sensoriels situés sur ou près de la surface du corps, et comprend trois sous-catégories.

    Dans le sens de la distance il n'y a pas de contact direct entre le stimulus distal et l'organe des sens, plutôt, l'énergie rayonnée parcourt une distance entre le stimulus distal et l'organe récepteur. Les sens de la distance comprennent vision (voir), dans lequel les ondes lumineuses stimulent les bâtonnets et les cônes de la rétine de l'œil et audition (audition), dans laquelle les ondes sonores stimulent les cellules ciliées de la membrane basilaire de la cochlée de l'oreille interne.

    Dans le sens chimiques le stimulus distal entre en contact avec un organe récepteur, initiant une réaction chimique qui donne lieu à une expérience sensorielle. Les sens chimiques comprennent gustation (dégustation), dans laquelle les molécules chimiques présentes dans les aliments et les boissons stimulent les papilles gustatives entourant les papilles de la langue et olfactif (odorat), dans lequel les molécules chimiques en suspension dans l'air stimulent les récepteurs de l'épithélium olfactif du nez.

    Dans le sens de la peau, aussi connu sous le nom une thèse, le stimulus distal entre en contact (plus ou moins) avec la surface de la peau, stimulant les récepteurs enfouis en dessous. Les sens de la peau comprennent le sens tactile, dans laquelle la pression mécanique d'un objet stimule des récepteurs enfouis dans la peau, et le sens thermique, dans laquelle la différence de température entre l'objet et la peau (c'est-à-dire si l'objet est relativement chaud ou froid, par rapport à la peau elle-même) stimule les récepteurs correspondants enfouis dans la peau. Il y a aussi une sensation de la douleur.

    Proprioception se réfère à des sensations concernant la position et le mouvement du corps.

    Dans kinesthésie (sensation du mouvement du corps), l'étirement des muscles, la contraction des tendons et le mouvement des articulations stimulent les terminaisons nerveuses spécialisées situées à proximité.

    Dans équilibre, également connu sous le nom de sens vestibulaire, la force gravitationnelle tire sur les cristaux en suspension dans le liquide dans les canaux semi-circulaires et le saccule et l'utricule de l'oreille interne ces cristaux tombent ensuite sur les cellules ciliées disposées dans diverses orientations. L'équilibre est parfois classé comme une forme d'extéroception.

    Sherrington a également identifié une catégorie de intéroception, qui reçoit une stimulation des tissus et organes internes, tels que les viscères et les vaisseaux sanguins. Parce que l'interoception ne donne généralement pas lieu à des sensations conscientes - vous ne pouvez pas détecter les changements de pression artérielle, par exemple - nous n'examinerons pas plus avant cette catégorie de sensations.

    • Dans le même temps, il existe des exceptions possibles, où l'interoception semble donner lieu à une sensation consciente - par exemple, lorsque vous avez faim ou soif, froid ou fiévreux. La faim a à voir avec les niveaux de sucre dans le sang, et la soif a à voir avec les fluides cellulaires, et il n'est pas clair que les gens aient vraiment une conscience sensorielle de ces paramètres physiologiques.
      • Mais les gens se sentent quelque chose quand ils ont faim ou soif - bien que ces sensations proviennent peut-être de contractions dans l'estomac ou de sécheresse dans la bouche - ce qui ne serait pas exactement une intéroception, du moins dans les termes de Sherrington.
      • Compétence intéroceptive est parfois mesuré avec le « test du rythme cardiaque » développé par Hugo Critchley et ses collègues : les scores de ce test sont fortement corrélés avec les mesures de laboratoire de la conscience intéroceptive.
        • Asseyez-vous dans un fauteuil confortable, respirez profondément, démarrez un chronomètre et comptez vos battements cardiaques pendant 1 minute (sans prendre votre pouls !). C'est ton pouls estimé.
        • Prenez ensuite votre pouls en mettant vos doigts sur votre poignet ou votre cou et en comptant pendant une minute. Reposez-vous ensuite une minute et recommencez. Prenez la moyenne, pour obtenir votre pouls moyen.
        • Soustrayez votre pouls moyen de votre pouls estimé.
        • Divisez la valeur absolue de la différence par votre pouls moyen pour obtenir une décimale.
        • Soustraire cette décimale de1.
          • Un score de 0,80 ou plus indique une « très bonne » compétence intéroceptive.
          • Un score de 0,60 à 0,79 indique une compétence « modérément bonne ».
          • Un score de 0,59 ou moins indique une intéroception « mauvaise ».

          Pour en savoir plus sur l'interoception, voir "Comment vous sentez-vous ? Interoception : Le sens de l'état physiologique du corps" par A.D. Craig dans Nature Avis Neurosciences (2002).

          Notez que bon nombre des huit sens sont des variations sur deux mécanismes différents. Dans la vision, la gustation, l'olfaction et (probablement) le sens de la température, le stimulus proximal est un réaction chimique de quelques sortes. Dans l'audition, le sens tactile, la kinesthésie et l'équilibre, le stimulus proximal est mécanique dans la nature. Il semble probable qu'au cours du temps évolutif, ces sens se soient progressivement différenciés de deux modalités sensorielles primitives, impliquant respectivement une stimulation photochimique et mécanique.


          L'odorat et le goût du renard

          Il existe très peu d'études présentant des données empiriques sur les capacités olfactives du renard, et je n'ai connaissance d'aucune statistique sur le nombre de cellules réceptives dans l'épithélium nasal ou d'estimations du nombre de fois supérieur à l'odorat du renard par rapport au nôtre. Les expériences comportementales et les observations sur le terrain suggèrent que l'odorat est un sens important et nous savons que l'odorat joue une fonction sociale essentielle (voir Communication), étant utilisé à la fois pour identifier les individus et délimiter des territoires (voir QA : Pourquoi les renards sont-ils si malodorants ?), bien qu'il ne semble pas être leur plus vif et il y a des rapports contradictoires sur la facilité avec laquelle les renards semblent capables de trouver des proies par le seul parfum.

          Les renards, comme la plupart des mammifères, possèdent des cornets & des structures osseuses alambiquées dans le nez qui, en plus de réguler le flux d'air dans la cavité nasale, servent à augmenter la surface de l'épithélium olfactif &, par conséquent, le petit museau peut contenir une zone muqueuse considérable. Essentiellement, plus la zone muqueuse est grande, plus la surface disponible pour les molécules olfactives est grande et meilleur est le sens de l'odorat. Je n'ai connaissance d'aucune étude morphologique documentant la zone épithéliale nasale chez les renards, mais les chats domestiques mesurent environ 21 cm² (3 pouces²), tandis qu'un petit chien, un Cocker, par exemple, mesure près de 70 pieds carrés. -cm (11 po²). Un renard se situe probablement quelque part entre les deux, cela peut être comparé aux humains qui ont, en moyenne, 5 cm² (trois quarts de pouce carré).

          Certains naturalistes ont écrit sur la capacité du renard à distinguer apparemment les étrangers des observateurs réguliers de renards sur la seule base de l'odeur. Vezey-Fitzgerald, par exemple, a décrit comment une renarde vivant dans une terre en face de sa maison était habituée aux allées et venues de la population locale mais se figeait soudainement et « clapotait » lorsqu'elle sentait l'odeur d'un nouveau venu dans le quartier. Mon expérience suggère que les renards passent une grande partie de leur temps à suivre leur nez, qui est constamment maintenu humide, facilitant ainsi non seulement la détection des traces d'odeur (les nez mouillés aident probablement à améliorer la détection des odeurs en dissolvant les produits chimiques dans l'air), mais aussi aider l'animal à indiquer la direction du vent.

          La cavité nasale d'un crâne de renard roux, montrant les projections osseuses complexes (cornets) qui régulent le flux d'air et augmentent la muqueuse olfactive, améliorant l'odorat du renard. - Crédit : Marc Baldwin

          Au cours de ses études sur les renards captifs, cependant, Österholm a découvert que ses sujets ne pouvaient pas trouver les morceaux de viande qu'il avait enterrés dans un trou de 10 cm (4 po) de profondeur jusqu'à ce qu'ils soient à moins d'un demi-mètre (2 pi) de celui-ci, tandis que des morceaux de viande posés sur le sol n'ont été trouvés que lorsque le renard se trouvait à moins de deux mètres (7 pieds) d'eux. Ces résultats suggèrent que l'odorat du renard est plutôt limité. Dans son livre de 1980 Renard rouge, Huw Lloyd a fait valoir que les études d'Oumlsterholm, qui utilisaient de la viande fraîche, pourraient donner des résultats différents si elles étaient menées avec de la chair en décomposition (étant donné que les renards sont bien connus pour nager et que la viande fraîche a relativement peu d'odeur). Plus récemment, cependant, le vétéran biologiste du renard Stephen Harris a décrit comment les renards visitant son jardin avaient du mal à trouver des morceaux de nourriture pour chiens (dont Harris a décrit l'odeur comme "fort et nauséabond”) ou du poulet éparpillé sur sa pelouse. Dans un article à La faune britannique en 2020, Harris a expliqué :

          Les feuilles étaient de la même couleur que les morceaux de poulet, et malgré la forte odeur grasse de ce dernier, les renards avaient beaucoup de mal à trouver des cubes de poulet parmi les feuilles. Ils ont continué à courir pour enquêter sur les feuilles tombées, allant directement vers eux ou s'arrêtant à moins de 30 cm [12 pouces] quand ils ont réalisé que ce n'était pas de la nourriture. Souvent, ils vérifiaient une feuille sur laquelle ils avaient déjà étudié, et il était évident qu'ils comptaient plus sur la vue que sur l'odorat pour trouver le poulet..”

          L'inspection de la plaque cribriforme des renards roux suggère que leur odorat peut en fait être légèrement plus faible que celui des autres vulpidés. Les plaque cribriforme (CP) est une coupe d'os perforé qui se trouve dans le crâne et sépare le bulbe olfactif de la chambre nasale chez les mammifères. En d'autres termes, passer à travers les trous de cet os est le seul moyen pour les nerfs de relier le museau au cerveau. En tant que tel, nous pensons que plus il y a de trous (ou plus précisément foramen) dans la plaque, meilleur est l'odorat, car plus le nombre de nerfs reliant le nez aux parties du cerveau qui interprètent les odeurs est grand. Dans une étude importante du CP dans une variété de carnivores, une équipe de biologiste de l'UCLA dirigée par Deborah Bird a découvert que la plaque chez les renards est plus grande que, disons, un renard arctique (Vulpes lagopus) &ndash avec une surface d'environ 640 mm (25 in.) et 580 mm (23 in.), respectivement &ndash mais avait moins de foramens d'environ 580 contre jusqu'à 646.

          Les renards possèdent également un organe voméronasal (parfois appelé organe de Jacobson d'après l'anatomiste allemand qui est souvent, à tort, crédité de sa découverte), qui s'ouvre dans le toit de la bouche et est composé de tissu très similaire à celui que l'on trouve dans la muqueuse nasale que possèdent la plupart des mammifères cet organe et il semble jouer un rôle dans la détection des odeurs (en particulier des phéromones). Cet organe peut aider les renards canins à évaluer à quel point une renarde est proche de l'œstrus en se basant sur des changements subtils de son odeur.

          Certains travaux ont été effectués sur le sens gustatif (goût) qui est une extension du sens olfactif des renards et, en 1886, le médecin américain Fred Tuckerman a décrit la langue du renard roux. Les données de Tuckerman ont montré une langue d'environ 12 cm (presque 5 pouces) de long et deux centimètres (un peu moins d'un pouce) de large, avec la texture du papier de verre fin, et ont suggéré que les renards peuvent avoir un sens du goût moins développé que nous, avec moins de papilles gustatives sensibles à l'acidité (papilles vallées et foliées).


          Résultats

          Nous avons utilisé l'expression virale de GCaMP3 47 pour étudier l'activité évoquée par les odeurs dans les GC de souris adultes. Dans quelques expériences qui sont clairement signalées, nous avons également utilisé un indicateur plus sensible GCaMP5. Pour aider à l'identification des cellules infectées, nous avons également co-exprimé dTomato dans ces cellules en utilisant l'élément viral 2A (Fig. supplémentaire S1). Nous avons injecté le virus AAV2/9 dans un ou les deux bulbes olfactifs et avons attendu 3 semaines ou plus avant l'imagerie. Les OB infectés ont été visualisés après le retrait de l'os sus-jacent avec une imagerie par fluorescence à grand champ (Fig. supplémentaire supplémentaire S1). L'analyse immunohistochimique a révélé que les GC peuvent être facilement étiquetées avec dTomato et GCaMP3, avec une infection négligeable dans les cellules mitrales, au moins avec AAV2/9 aux titres utilisés dans cette étude (Fig. 1A, Fig. supplémentaire S1). Même si quelques cellules mitrales étaient marquées, les GC pourraient être facilement identifiées par leur taille plus petite et leurs emplacements plus profonds.

          Caractérisation des réponses olfactives dans les GC.

          (UNE) Réponses évoquées par les odeurs dans les corps cellulaires présentées sous forme d'images de fluorescence différentielle. (B) Réponses évoquées par les odeurs à 2 odeurs dans 169 cellules d'une expérience typique. Pour chaque odeur, les réponses sont présentées dans un ordre arbitraire dans les panneaux de gauche et dans l'ordre décroissant des amplitudes de réponse sur la droite. Les traces de 5 GC sélectionnés sont affichées en haut à droite pour 2 odeurs. Durée du stimulus olfactif indiquée par des lignes noires au-dessus des panneaux de la palette de couleurs. (C) Réponses de 4 GC à quatre présentations distinctes de tiglate d'allyle, illustrant la fiabilité de l'amplitude et de l'évolution temporelle. Stimulus olfactif indiqué par des rectangles gris. () Matrice des réponses moyennes des 169 GC à 20 odeurs. Le panneau supérieur affiche toutes les valeurs moyennes ∆F/F et la matrice inférieure affiche uniquement les réponses supérieures à un seuil de 0,05. (E) Distribution des valeurs moyennes ∆F/F pour 3380 paires GC-odeur de la même expérience que ci-dessus (bleu) et la distribution du bruit calculée à partir des mesures de base (rouge). L'encart montre les mêmes distributions sur une échelle étendue, avec la distribution du signal (vert) calculée comme la différence entre les distributions bleue et rouge. (F) La fraction relative des GC dans les régions imagées qui ont été activées par chacune des 20 odeurs, normalisée à celle de l'odeur 1. Les barres d'erreur sont des écarts types (536 cellules de 4 animaux).

          Nous avons utilisé la microscopie multiphotonique pour imager les somas GC et les dendrites apicales chez des souris anesthésiées. Dans la couche plexiforme externe, les dendrites et les épines pouvaient être facilement identifiées dans le canal rouge (Fig. supplémentaire S1B) et les somata des GC pouvaient être discernés jusqu'à 400 m sous la surface piale (Fig. supplémentaire S1B Film supplémentaire 1). Bien que seuls quelques somes GC aient été étiquetés dans l'exemple de la figure supplémentaire S1B, les GC pouvaient être étiquetés à différentes densités en titrant la quantité de virus. Pour les expériences sur l'imagerie somatique, nous avons utilisé des titres élevés pour un étiquetage dense. Les odeurs ont été délivrées à l'aide d'un olfactomètre sur mesure et les GC ont été imagés à une fréquence d'échantillonnage de 4 à 8 Hz (voir Méthodes). La stimulation des odeurs a provoqué une augmentation de la fluorescence dans les somas GC (Supplementary Movie 2), le nombre de cellules répondantes variant avec l'identité de l'odeur (Fig. 1A). En plus des régions somatiques discrètes, des réponses des neuropiles ont souvent pu être observées, probablement en raison des dendrites des GC situées dans des couches plus profondes.

          Les régions somatiques ont été choisies pour une analyse basée sur la fluorescence lumineuse dans le canal rouge et les changements de fluorescence dans le canal GCaMP surveillés (Fig. 1B). Dans la plupart des expériences, chaque stimulus n'était donné qu'une seule fois car nous devions trouver un équilibre entre le nombre de répétitions et le nombre de paires cellule-odeur que nous pouvions obtenir à partir d'une seule expérience. Comme nous avons laissé un intervalle de 60 s entre les essais pour évacuer les odeurs et minimiser les effets de l'accoutumance, chaque série a duré 25 minutes (20 odeurs fois 15 + 60 secondes). Dans des expériences préliminaires, nous avons effectué des répétitions d'un plus petit nombre d'odeurs et avons constaté que les réponses dans les GC individuels étaient fiables (Fig. 1C), à en juger par la corrélation par paires entre les présentations répétées de la même odeur (Fig. S2A). Les réponses dans différents somas GC avaient une amplitude et une évolution temporelle différentes (Fig. 1B), qui dépendaient de l'odorant. Pour chaque odorant, nous avons ordonné les réponses par l'amplitude moyenne pour visualiser l'étendue de l'activation plus clairement (Fig. 1B, panneaux de droite). Cette méthode de visualisation démontre la diversité des dynamiques temporelles, qui ne dépendent pas seulement de l'amplitude de la réponse. Par exemple, les réponses qui sont soutenues au-delà de la présentation de l'odeur se produisent pour différentes amplitudes. Nous utilisons ce mode de représentation dans les figures suivantes pour plus de clarté visuelle.

          Caractériser les réponses provoquées par les odeurs

          Nous avons utilisé une suite de 20 odorants pour examiner les réponses de la population GC. Les odorants ont été choisis pour activer la surface dorsale de l'OB de souris à différentes densités (voir ci-dessous). Une matrice des amplitudes de réponse moyennes d'une expérience illustre que certaines odeurs ont activé de nombreux GC dans la région imagée, tandis que d'autres odeurs n'activant pratiquement aucune cellule (Fig. 1D). Visualiser uniquement les réponses supérieures à une valeur seuil stricte (0,05 dans cet exemple) rend plus claires les différences dépendantes de l'odeur dans le nombre de GC répondants (Fig. 1D, en bas).

          Alors que les réponses plus fortes pouvaient être clairement distinguées du bruit, les réponses plus faibles étaient plus difficiles à discerner. Pour obtenir une mesure objective de la distribution des réponses, nous avons tracé l'histogramme des réponses de toutes les paires GC-odeur dans une expérience donnée. Nous avons utilisé la période de fluorescence de base pour obtenir une distribution de bruit pour les mesures ΔF/F et lui avons adapté une distribution normale (Fig. 1E, ligne rouge). Les écarts par rapport à cette distribution normale sont dus à des réponses provoquées par les odeurs (Fig. 1E, ligne verte dans l'encart). Les distributions de signal et de bruit se chevauchent fortement et une partie importante des réponses sera perdue en utilisant un seuil strict (par exemple, 2 SD de la distribution de bruit). Bien que cela ne puisse être évité pour identifier les réponses individuelles, nous pouvons estimer le nombre total de réponses pour chaque stimulus en soustrayant la distribution du bruit. Une telle analyse de population a indiqué que la fraction de GC dans la région imagée qui sont activés varie considérablement pour différentes odeurs (Fig. 1F).

          Nous avons effectué plusieurs expériences de contrôle pour éliminer certains biais dans nos enregistrements. Premièrement, nous avons trouvé que les réponses des GC individuels dans plusieurs essais étaient fiables (Fig. 1C, Fig. S2A supplémentaire). Deuxièmement, nous n'avons trouvé aucune relation systématique entre la fluorescence au repos d'un GC et le ΔF/F maximal (Fig. S2B supplémentaire), excluant un effet dominant du niveau d'expression de GCaMP3 sur les réponses. Troisièmement, nous avons constaté que la plupart des GC imagés sont capables de répondre aux stimuli une fois que l'inhibition GABAergique est atténuée pharmacologiquement (Fig. supplémentaire S2C, D, Film supplémentaire 3), indiquant que le manque d'activité dans la majorité des GC est dû à une lecteur synaptique. Enfin, nous avons également effectué des expériences supplémentaires avec un indicateur de nouvelle génération GCaMP5 (Fig. supplémentaire S3), ainsi que d'autres expériences sur des animaux éveillés (Fig. supplémentaire S4) qui ont confirmé les conclusions fondamentales de l'étude.

          Structure temporelle des réponses

          Bien que les enregistrements électrophysiologiques aient une excellente résolution temporelle, ils sont techniquement difficiles et offrent un échantillonnage clairsemé. Nous avons tiré parti des nombres élevés offerts par l'imagerie de la population pour fournir une vue complète de la dynamique de la GC.

          Les exemples d'enregistrements présentés ci-dessus (Fig. 1) font allusion à la diversité de la dynamique des réponses olfactives. Celles-ci comprenaient des réponses transitoires, cumulatives, stables et retardées. Pour obtenir une mesure impartiale des types de différentes dynamiques temporelles, nous avons effectué une analyse en composantes principales (ACP) de toutes les réponses (toutes les paires GC-odeur) au sein d'une expérience donnée. Nous avons constaté que les premières composantes principales expliquaient une grande partie de la variance dans l'évolution temporelle des réponses (Fig. 2A 536 cellules de 4 animaux). Une diversité de réponses pourrait être bien décrite en utilisant 5 PC (Fig. 2B). En plus des augmentations de l'intensité de la fluorescence lors de la stimulation des odeurs, nous avons également remarqué des réductions de la fluorescence dans certains cas (Fig. 2C). Ces réponses ont été définies comme des réductions de fluorescence supérieures à 5 % de la fluctuation de base (voir Méthodes) et étaient fiables dans plusieurs essais (Fig. 2D). La dynamique de réponse d'un neurone donné à différentes odeurs pourrait être très différente, avec à la fois des réponses inhibitrices et excitatrices (Fig. 2C, en bas). Les réponses inhibitrices étaient beaucoup moins fréquentes que les réponses excitatrices (1061/8000 paires cellule-odeur ou 0,133 ± 0,008 réponses excitatrices contre 83/8000 paires cellule-odeur ou 0,010 ± 0,002 réponses inhibitrices p < 0,001), mais la proportion de réponses inhibitrices sera être une sous-estimation en raison de la faible sensibilité de l'imagerie calcique à l'hyperpolarisation. L'antagoniste GABAergique bicuculline appliqué à la surface de l'OB (voir Méthodes) a considérablement réduit la fraction de réponses GC qui ont montré des réductions évoquées par les odeurs (9/2888 ou 0,003 ± 0,001 de paires cellule-odeur, 160 cellules de 2 animaux, p < 0,001, test exact de Fisher, comparé à la fraction sans bicuculline ci-dessus), indiquant que les réponses inhibitrices sont en grande partie dues à des mécanismes GABAergiques ionotropes.

          Dynamique temporelle des réponses GC.

          (UNE) L'ACP des profils temporels des réponses de tous les GC à toutes les odeurs a révélé que les premiers composants principaux pourraient expliquer la majeure partie de la variance des réponses. Les 5 premiers composants sont représentés sous forme de cartes de couleurs et seuls 3 composants sont représentés sous forme de tracés de ligne ci-dessous pour plus de clarté. 536 cellules de 4 animaux. (B) Exemples de l'évolution dans le temps de quelques réponses dans les GC, avec des ajustements des 5 premiers PC (rouge) superposés sur des traces de fluorescence brutes (bleu). (C) Exemples de réponses inhibitrices, ainsi que des exemples supplémentaires de réponses excitatrices dans la même expérience. Les réponses inhibitrices pourraient être bien expliquées par les mêmes 5 PC utilisés pour les réponses excitatrices. Les réponses de deux GC exemplaires aux 20 odeurs révèlent que le même GC peut avoir à la fois des réponses excitatrices et inhibitrices à différentes odeurs. Les traces sélectionnées sont présentées ci-dessous pour plus de clarté. () Trois exemples de GC avec des réponses inhibitrices dans deux essais. (E) La latence de réponse (voir Méthodes pour plus de détails) pour les réponses excitatrices tracées par rapport à l'amplitude de réponse moyenne (en haut) montre que les réponses fortes avaient des latences courtes et moins variables. (F) La distribution de la latence de réponse pour les réponses inhibitrices (rouge) était significativement (p < 0.05) décalée vers la droite par rapport aux réponses excitatrices (bleu).

          Nous avons remarqué que plusieurs réponses olfactives se produisaient avec des retards importants après la présentation de l'odeur (Fig. 2B). Ces retards n'étaient pas dus à la dynamique du stimulus car pour le même stimulus, différents GC dans la même zone imagée pouvaient répondre avec des retards différents. Lorsque le retard a été tracé en fonction de l'amplitude de la réponse, il est devenu clair que les réponses retardées étaient beaucoup plus répandues lorsque l'amplitude de la réponse était plus petite (Fig. 2E). Une telle relation pourrait résulter de la difficulté à détecter des réponses lorsque l'amplitude est faible en raison d'un rapport signal sur bruit plus faible. Alternativement, il pourrait y avoir un effet de seuil par lequel des réponses de plus petite amplitude sont généralement le résultat d'une lente accumulation d'entrée synaptique. Nos données excluent la possibilité que des entrées synchrones fortes arrivent de manière retardée après une période de repos. Au lieu de cela, il semblerait que si un GC reçoit une forte excitation, il le fait très tôt. Nous avons également constaté que les réponses inhibitrices se produisaient, en moyenne, avec un délai plus important que les réponses excitatrices (Fig. 2F). Les délais moyens pour les 100 réponses positives et les 80 réponses négatives les plus fortes (de la population entière de 536 cellules provenant de 4 animaux) étaient respectivement de 1,38 ± 0,48 et 4,03 ± 1,43 secondes (p < 0,001 t-test).

          Nos données indiquent que les réponses olfactives dans les GC sont hétérogènes et peuvent être expliquées par un petit nombre de composants élémentaires. Fait intéressant, notre méthode d'imagerie est suffisamment sensible pour détecter les réponses inhibitrices, qui surviennent généralement à des délais plus longs après la stimulation.

          La densité d'activation du GC dépend de la densité du stimulus

          Différents odorants activent un nombre différent de GC (Fig. 1). Nous nous sommes demandé s'il y avait une relation entre la densité d'activation du GC et le degré d'activation des entrées de l'OB. Nous avons d'abord caractérisé l'étendue spatiale de l'activation glomérulaire par le panel d'odorants utilisés dans cette étude en utilisant des souris exprimant GCaMP3 dans les OSN 48,49.

          Nous avons imagé les entrées glomérulaires chez les souris OMP-GCaMP3 et enregistré les réponses sur une grande région de la surface dorsale. Des réponses robustes évoquées par les odeurs ont été imagées dans la couche glomérulaire de souris OMP-GCaMP3 à de nombreuses odeurs (Fig. 3A). L'évolution dans le temps des réponses variait en fonction des identités glomérulaire et olfactive (Fig. 3B). En identifiant tous les glomérules dans la région imagée en utilisant la fluorescence au repos de GCaMP3, nous avons estimé la fraction de glomérules activés par une odeur donnée. En moyenne sur 9 régions d'intérêt (total de 127 glomérules) et 4 animaux, nous avons déterminé que les substances odorantes de notre panel activaient entre 0 et 30 % des glomérules imagés sur la surface dorsale (Fig. 3B, C).

          La rareté de la réponse est en corrélation avec le modèle d'activation glomérulaire.

          (UNE) L'étendue de l'activation glomérulaire par 20 odeurs a été estimée par imagerie des réponses chez les souris OMP-GCaMP3. Les changements fractionnaires de fluorescence pour chacune des odeurs sont montrés pour une expérience, avec la fluorescence au repos montrée à droite en niveaux de gris. (B) Évolution dans le temps des réponses des glomérules individuels aux 20 odeurs (en haut). (C) La fraction de glomérules activés (voir Méthodes) varie considérablement pour différentes odeurs (127 glomérules provenant de 4 animaux). () L'activité intégrée d'une population de GC pour une odeur donnée est fortement corrélée à la fraction de glomérules activés par cette odeur (expérience représentative, moyennes dans le texte). (E) Les réponses olfactives classées par ordre des GC révèlent que seuls quelques odorants activent fortement une cellule donnée. Pour chaque GC, les valeurs absolues des réponses ont été classées par ordre décroissant, puis la moyenne sur tous les GC a été obtenue. Seules les 3 premières réponses classées sont significativement (p < 0.05) différentes des parcelles de contrôle des données simulées dérivées de la distribution du bruit observée expérimentalement.

          Nous avons ensuite demandé si la densité de réponses des GC était liée à la fraction de glomérules activés. Une telle relation est inévitable dans un réseau purement feed-forward, mais des interactions latérales au sein de l'OB pourraient conduire à une activation semblable à celle du gagnant, où un nombre similaire de GC pourrait être activé par différents odorants 50 . Nous avons utilisé deux mesures pour représenter la densité d'activité des GC. Tout d'abord, nous avons simplement additionné les réponses de tous les GC marqués à chaque odeur et tracé cette activité additionnée contre la fraction de glomérules activés (Fig. 3D). L'activité GC sommée était fortement corrélée à l'activation glomérulaire (coefficient de corrélation de 0,80 dans l'exemple illustré sur la figure 3D), avec un coefficient de corrélation moyen de 0,80 ± 0,05 (SD, N = 6 animaux, plus de 50 GC dans chaque expérience). Une forte corrélation similaire a également été trouvée lors de l'examen de la fraction de GC actifs dans le champ de vision imagé (0,81 ± 0,04, N = 6 animaux). Ces fortes corrélations étaient également présentes si nous utilisions une métrique modifiée pour l'activation glomérulaire qui prenait en compte l'amplitude des réponses glomérulaires, plutôt que de les traiter de manière tout ou rien.

          Une deuxième mesure de l'activation des GC que nous avons utilisée est la rareté de la population, qui est liée à la fraction de GC fortement activées par un stimulus donné 51,52. Il existe plusieurs façons de caractériser la rareté de la population 52 et nous avons choisi une métrique conçue pour les réponses impliquant uniquement des valeurs positives 51,52 (voir Méthodes). Nous avons constaté que cette mesure était également fortement corrélée avec l'activité d'entrée glomérulaire (Fig. supplémentaire S5), avec une corrélation moyenne de 0,78 ± 0,04 (N = 6 animaux). Ces données indiquent fortement que l'étendue de l'activation de la population de GC est déterminée en grande partie par la densité d'entrée sensorielle.

          Nous avons ensuite demandé à quel point les GC individuels réagissaient aux stimuli olfactifs. Nous avons arrangé la courbe de réglage des odeurs pour chaque GC dans un ordre décroissant de l'amplitude de la réponse et en avons fait la moyenne sur tous les GC (Fig. 3E 690 GC, 6 animaux).En raison de l'ordre de classement strict, la queue de cette courbe reflète une distribution de bruit biaisée, qui peut être estimée à l'aide d'un échantillonnage Monte Carlo à partir de la distribution de bruit mesurée (voir Méthodes). La comparaison de la distribution des données avec la distribution nulle a révélé qu'en moyenne un GC répondait à 3 odeurs sur les 20 utilisées (Fig. 3E). Nous avons également calculé une mesure largement utilisée appelée durée de vie éparse 52 , qui ne repose pas sur des seuils pour définir les réponses. Cette mesure variait considérablement d'une cellule à l'autre (Fig. supplémentaire S5), mais en moyenne, cette mesure a confirmé la rareté des réponses GC notée ci-dessus.

          La mesure de la rareté des réponses GC est susceptible d'être affectée par la sensibilité du rapporteur utilisé. Nous avons effectué des expériences supplémentaires en utilisant un indicateur plus sensible, GCaMP5 (Fig. supplémentaire S3). Bien que davantage de GC aient effectivement été activés par les odeurs, les données supplémentaires ont confirmé la conclusion de base selon laquelle la densité des réponses est fortement corrélée avec l'étendue de l'entrée glomérulaire (Fig. supplémentaire S3).

          Ces résultats indiquent que la densité d'activation des GC est fortement liée à l'étendue de l'activation glomérulaire et que les GC peuvent être facilement recrutées même chez les animaux anesthésiés grâce à une activation dense des glomérules.

          Dépendance de la concentration de l'activité GC

          Nous avons constaté qu'il y avait une forte corrélation entre l'étendue de l'activation glomérulaire et la densité des GC actifs. Nous nous sommes demandé si cette relation s'appliquait également à l'augmentation de la concentration d'une odeur donnée, un moyen plus simple d'augmenter la force du stimulus que de modifier l'identité de l'odeur pour activer plus de glomérules (Fig. 4).

          Effets de l'augmentation de la concentration sur les réponses GC.

          (UNE) Réponses de tous les GC d'une expérience à quatre concentrations de tiglate d'allyle. Les réponses ont été classées par ordre décroissant d'amplitude pour les concentrations les plus élevées et le reste des graphiques suivait le même ordre de classement GC. (B) La réponse moyenne aux quatre concentrations dans l'ensemble de la population (en haut à gauche) et 5 GC individuels choisis au hasard. (C) Sur la base de la concentration la plus élevée, 3 groupes de 5 GC ont été choisis comme étant les répondeurs d'amplitude la plus élevée, les répondeurs moyens et les répondeurs d'amplitude la plus faible. Les réponses de ces trois groupes de GC ont ensuite été moyennées pour toutes les concentrations, révélant des réponses non monotones à mesure que la concentration augmentait. L'évolution dans le temps des réponses aux 4 concentrations est indiquée pour les 3 groupes à droite (noir, bleu, vert et rouge pour une concentration croissante). (RÉ) Une analyse similaire dans une expérience différente réalisée après l'ajout de bicuculline à la surface de l'OB n'a montré aucune preuve de réponses non monotones.

          Notre ensemble de stimuli comprenait 4 concentrations de tiglate d'allyle, couvrant 3 ordres de grandeur tels que mesurés par un appareil miniPID. Nous avons d'abord confirmé que les réponses d'entrée glomérulaires à ces quatre concentrations augmentaient de manière strictement monotone (Fig. supplémentaire S6). Nous avons ensuite trié les réponses GC à la concentration la plus élevée d'odorisant et affiché les réponses à d'autres concentrations dans le même ordre (Fig. 4A). Visuellement, il devient clair que les réponses sont plus fortes et plus de GC sont activés en augmentant la concentration. Cela peut être quantifié en prenant le changement de fluorescence moyen sur tous les GC (Fig. 4B, panneau supérieur gauche), révélant une relation monotone. Les GC individuels affichent une gamme de dépendance à la concentration (Fig. 4B). Nous nous sommes demandé si tous les GC avaient une relation monotone avec la concentration d'odeur. Pour examiner cette question objectivement, pour chaque expérience, nous avons regroupé les GC à l'extrême des réponses à la concentration la plus forte : 5 GC qui avaient les réponses les plus fortes, 5 GC avec des réponses dans la moyenne et 5 GC avec les réponses les plus faibles (ou les plus inhibés pour être précis). Nous avons ensuite examiné la dépendance de la concentration des réponses de ces GC. Cette analyse a révélé une relation non monotone claire dans un sous-ensemble de GC (Fig. 4C 15 GC sélectionnés avec les critères ci-dessus sur un total de 390 GC de 3 animaux), avec la concentration moyenne donnant lieu à des réponses plus importantes que la concentration inférieure ou supérieure concentration.

          Étant donné que l'activation glomérulaire, du moins dans nos expériences, augmentait toujours de manière monotone ou saturée de concentration odorante (Fig. S6), nous avons estimé que les changements non monotones dans l'activation individuelle de la GC sont probablement dus à des interactions de circuit dans l'OB. En particulier, il est possible qu'une activation croissante de plus de glomérules avec une concentration croissante puisse conduire à des interactions latérales au sein de l'OB qui impliquent une inhibition. Nous avons examiné la concentration-dépendance des réponses GC dans des expériences où la bicuculline a été perfusée sur l'OB. Nous avons constaté que la relation non monotone observée pour certains GC dans des conditions de contrôle n'était plus retrouvée dans les expériences où l'inhibition était bloquée avec de la bicuculline (Fig. 4D 2 animaux).

          Nos données indiquent que bien que de nombreux GC soient recrutés proportionnellement en augmentant l'intensité du stimulus, d'autres GC peuvent être inhibés à des niveaux d'activation plus élevés, conduisant à des réponses non monotones.

          Organisation spatiale des GC répondants

          Nous avons exploité notre capacité à enregistrer des centaines de GC à la fois, pour poser deux questions sur leur organisation spatiale. Premièrement, les GC proches les uns des autres sont-ils fonctionnellement plus similaires que ceux situés plus loin ? Deuxièmement, les GC répondent-elles à l'activation d'un seul glomérule situé à proximité ?

          Pour répondre à la première question, nous avons adapté une méthode d'analyse que nous avons développée précédemment 53 . Dans cette méthode, nous avons caractérisé la similitude fonctionnelle des paires de GC par la corrélation croisée de leurs spectres de réponse aux odeurs. Les GC qui répondent de la même manière à un panel d'odeurs auront une valeur de corrélation proche de 1, ceux qui répondent de manière non corrélée auront une valeur proche de 0 et ceux qui sont anti-corrélés auront une valeur de -1. Nous avons ensuite tracé cette valeur de similarité pour des paires de GC en fonction de leur séparation physique (Fig. 5A). L'analyse sur un grand nombre de paires (237 705 paires, 6 animaux) n'a révélé aucune tendance - c'est-à-dire que les paires GC séparées par près de 300 microns étaient tout aussi similaires que celles séparées par quelques microns (Fig. 5B). Nous avons comparé cette relation à une relation de contrôle dans laquelle nous avons conservé la distribution de l'emplacement spatial des cellules répondantes, mais brouillé leurs spectres de réponse. La relation observée était très similaire à la distribution de contrôle, mais avait une légère dépendance à la distance (Fig. 5B).

          Organisation spatiale des GC répondants.

          (UNE) Diagramme de dispersion de la similarité du réglage des odeurs du GC entre une paire de GC (calculé comme une corrélation croisée de leurs réponses aux odeurs - voir les méthodes) et leur séparation spatiale dans toutes les expériences. (B) La similitude moyenne varie très peu avec la séparation et n'est pas significativement différente des valeurs de contrôle calculées en randomisant la réponse aux odeurs à travers les GC (rouge). (C) Les emplacements spatiaux des GC actifs pour chacune des odeurs dans une expérience. Les carrés mesurent 200 µm de côté. (RÉ) La séparation moyenne par paire des GC a été calculée pour chaque odeur et tracée en fonction de la fraction d'activation glomérulaire pour cette odeur. Les cercles bleus proviennent d'expériences individuelles et les moyennes sont dans les carrés rouges. Les barres d'erreur sont SEM. La ligne pointillée est la séparation moyenne attendue si les GC sont activés de manière aléatoire en fonction de leur localisation spatiale. La tendance à des séparations plus faibles pour les odeurs à activation clairsemée était significative (p < 0.01).

          Étant donné que les glomérules voisins peuvent être fonctionnellement assez dissemblables 53,54,55, tout regroupement spatial de GC répondants pourrait être obscurci par le chevauchement des populations de GC activées par les glomérules voisins. Nous nous sommes demandé si une activation clairsemée des glomérules pouvait révéler une activation groupée des GC. L'examen visuel des emplacements des GC actifs a suggéré que les odeurs avec une activation glomérulaire clairsemée (comme caractérisé ci-dessus dans la figure 3) activent un petit nombre de GC qui semblaient être regroupés dans la région imagée (figure 5C). Pour quantifier cette impression, nous avons calculé la séparation moyenne par paire entre les GC activés pour chaque odeur et examiné sa relation avec la rareté de l'activation glomérulaire (Fig. 5D 237 705 paires, 6 animaux au total). Pour les odeurs qui activent peu les glomérules, la distance moyenne par paire atteint une asymptote de

          127 um, qui était la valeur attendue pour des paires aléatoires de GC sélectionnés dans la région imagée (ligne pointillée sur la figure 5D). Fait intéressant, la séparation par paires pour les GC activés par les odeurs « clairsemées » était plus petite que celles pour les odeurs plus denses (p < 0,001 avec une ANOVA unidirectionnelle p < 2e -6 pour une analyse de corrélation linéaire). Cette baisse de la séparation par paires n'était pas un artefact de petits nombres, car les simulations d'échantillonnage aléatoire clairsemé à partir de la population de GC imagés ont conduit à une plus grande variabilité dans les expériences individuelles, mais pas à une séparation plus petite (Fig. supplémentaire S7).

          Ces données suggèrent que les GC activés par un glomérule isolément sont regroupés, ce qui pourrait résulter d'une connectivité sélective ou de simples considérations géométriques 5 (voir Discussion).

          Réponses dendritiques

          Étant donné que les GC libèrent des neurotransmetteurs de leurs dendrites, leur sortie peut être modulée par une dépolarisation locale ainsi que par une dépolarisation à l'échelle de la cellule. Des expériences en tranches ont indiqué que les deux modes de dépolarisation peuvent exister 17,21 , mais l'apparition de la dépolarisation dendritique in vivo est resté en question. L'imagerie nous a permis d'examiner directement comment les dendrites apicales des GC répondent aux odorants.

          Nous avons choisi d'examiner d'abord les dendrites GC en tant que population en marquant de manière dense les GC de manière sélective à l'aide de la lignée de souris VGAT-Cre 56 . En injectant le virus pour exprimer de manière conditionnelle GCaMP3 uniquement dans les interneurones GABAergiques, nous nous sommes assurés qu'il n'y avait pas de contribution des dendrites des cellules M/T lorsque l'imagerie était réalisée dans l'EPL. Des réponses robustes provoquées par les odeurs ont été observées dans l'EPL (Fig. supplémentaire S8A,B). L'amplitude des réponses de la population dans l'EPL était fortement corrélée à la densité d'activation glomérulaire (coefficient de corrélation supplémentaire Fig. S8C 0,79 ± 0,08 3 animaux), tout comme pour les somas GC. Dans une expérience, nous avons examiné les réponses dans les soma GC ainsi que dans l'EPL dans la même préparation. L'activité intégrée était fortement corrélée dans les deux régions (Fig. supplémentaire S8D).

          L'examen des réponses moyennes dans l'EPL équivaut à l'enregistrement des potentiels de champ locaux et le marquage dense de nombreux GC ne nous a pas permis de résoudre les dendrites individuelles. Pour examiner les réponses dans des segments dendritiques individuels de GC simples, nous nous sommes tournés vers un marquage clairsemé en utilisant une infection lentivirale (Fig. 6A). En imaginant une région d'intérêt contenant de nombreuses dendrites, nous avons pu facilement détecter les augmentations de fluorescence provoquées par les odeurs (Fig. 6A, B Film supplémentaire 4).

          Réponses dans les segments dendritiques individuels.

          (UNE) L'étiquetage clairsemé des GC à l'aide d'injections lentivirales dans l'OB a permis d'imager les dendrites individuelles de GC (à gauche) et de mesurer leurs réponses aux odeurs (à droite). Seule une fraction des régions d'intérêt est surlignée en rouge dans l'image de gauche pour plus de clarté. (B) Déroulement temporel des réponses de 25 segments dendritiques choisis au hasard à 20 odeurs, classés par ordre décroissant des amplitudes de réponse pour chaque odeur. (C) L'ACP de l'évolution temporelle des réponses dendritiques a révélé une dynamique plus rapide des réponses dendritiques que celles des soma (92 dendrites, 3 animaux). (RÉ) La plupart de la variance dans l'évolution temporelle des réponses dendritiques a été expliquée par les premiers composants, comme pour les soma GC (reproduit à partir de la figure 3A). (E) La distribution moyenne de l'amplitude de réponse classée par rang pour les dendrites a révélé qu'elles étaient généralement plus réactives que les soma GC (92 dendrites, 3 animaux comparent la figure 4E).

          Les éléments dendritiques individuels répondent à différents sous-ensembles d'odorants utilisés, à l'inverse certains odorants ont évoqué des réponses clairsemées et d'autres une activité plus dense (Fig. 6B). Pour examiner la variation de la dynamique temporelle des réponses, nous avons effectué une analyse en composantes principales de la même manière que nous l'avons fait pour les réponses somatiques (Fig. 6C). Nous avons constaté qu'une grande partie de la variance des données pouvait être expliquée par les premiers PC (Fig. 6D 92 dendrites, 3 animaux). Bien qu'un nombre similaire de PC ait été nécessaire pour expliquer un degré donné de variance pour les réponses dendritiques et somatiques (Fig. 6D), les PC avaient des évolutions temporelles systématiquement plus rapides pour les dendrites que pour les soma GC (Fig. 6C).

          Nous nous sommes demandé si les dendrites seraient plus réactives que les soma, puisque l'activité synaptique sous le seuil pourrait devenir visible dans les dendrites par des augmentations locales du calcium. Le nombre d'odeurs activant un morceau de dendrite donné était en effet plus élevé pour les dendrites, par rapport aux soma (Fig. 6E à comparer avec la Fig. 3E). Le classement des réponses olfactives pour chaque dendrite et la moyenne pour toutes les dendrites ont révélé qu'une dendrite répondait en moyenne à 8 odorants sur 20 (92 dendrites, 3 animaux), contre 3 sur 20 pour les somata.

          Réponses dendritiques locales

          Nous avons ensuite cherché à obtenir des preuves directes de réponses dendritiques indépendantes des réponses somatiques. À cette fin, nous avons étiqueté les GC de manière clairsemée en utilisant des injections de lentivirus et avons imagé les dendrites ainsi que le corps cellulaire des GC visualisés (Fig. 7A). Le soma et les dendrites du même neurone ont été identifiés en prenant des z-piles de signaux dans le canal rouge. La comparaison des réponses des dendrites et du soma a révélé que de nombreuses odeurs pouvaient activer à la fois le soma et les dendrites (Fig. 7B). Cependant, il y avait aussi des réponses dendritiques à certaines odeurs, sans activation correspondante de réponses somatiques (*, Fig. 7B). Cette perte de réponse dans le soma n'était pas simplement le résultat de seuils de détection différents pour les dendrites et le soma car un niveau donné de réponse dendritique pouvait être accompagné d'une réponse somatique (flèche, Fig. 7B) ou non (*, Fig. 7B ).

          Les réponses dendritiques peuvent être locales.

          (UNE) Les dendrites et les soma appartenant au même GC ont été identifiés grâce à des reconstructions tridimensionnelles utilisant le canal dTomato. (B) Réponses olfactives moyennes pour les 20 odeurs dans 3 segments dendritiques et le soma correspondant. Les réponses dendritiques aux odeurs 3-6 n'étaient pas accompagnées de réponses somatiques (astérisques), mais une réponse d'amplitude similaire à l'odeur 13 était accompagnée d'une réponse somatique. Les encarts montrent l'évolution dans le temps des réponses olfactives des 4 régions pour 4 odeurs sélectionnées. (C) Changement de fluorescence dans les paires de dendrites du même GC tracées les unes contre les autres pour les 20 odeurs. Le cercle rouge centré à l'origine indique 2 écarts types du bruit et les ellipses mettent en évidence des points représentant des réponses dendritiques sélectives bien au-dessus du bruit.

          Notre système de balayage ne nous a pas permis de balayer à deux profondeurs différentes simultanément, nous obligeant à imager les réponses somatiques et dendritiques dans différents essais. Par conséquent, nous avons concentré nos efforts sur la caractérisation des réponses de plusieurs dendrites du même GC imagées simultanément. Nous avons recherché les réponses évoquées par les odeurs dans une dendrite individuelle d'un GC, en l'absence de réponse dans une dendrite différente du même GC. Nous avons identifié des paires de dendrites appartenant au même GC et affiché la réponse d'une dendrite contre une deuxième dendrite pour les 20 odeurs. Les réponses locales et sélectives peuvent alors être découvertes comme des valeurs aberrantes du nuage de points le long de la diagonale (Fig. 7C). Le rendement expérimental était plus faible car un marquage clairsemé était nécessaire pour ces expériences (pour tracer des dendrites à partir d'un GC identifié). Nous avons constaté que 8 des 34 événements étaient locaux dans les 5 paires de dendrites que nous avons identifiées avec succès qui ont répondu à au moins une odeur (Fig. 7C 3 animaux).

          Ces données indiquent que des réponses dendritiques locales peuvent être occasionnellement enregistrées in vivo, démontrant la possibilité d'un traitement dendritique indépendant.


          Cerveau du futur

          À quel point sommes-nous près d'utiliser régulièrement notre cerveau pour contrôler des machines à des fins professionnelles ou de loisirs ? Serons-nous capables d'améliorer les performances de nos cerveaux existants ? « Les progrès des neurosciences, de la modélisation des réseaux neuronaux et des sciences physiques nous ont-ils conduits au point où il pourrait bientôt être possible de créer des cerveaux artificiels à l'échelle nanométrique et où une telle technologie pourrait-elle nous mener ?

          Le professeur Keith Kendrick est neuroscientifique des systèmes et du comportement et a été professeur de physique Gresham entre 2002 et 2006.
          Il a été membre du comité des procédures animales du Home Office et a travaillé à l'Université de Cambridge pour mener des recherches sur la façon dont les réseaux neuronaux sont organisés pour contrôler la reconnaissance et les réponses aux signaux sociaux et émotionnels. Il est membre du Institute of Biology et membre de la British Neuroscience Association.

          Toutes les conférences précédentes du professeur Kendrick&# x2019s peuvent être consultées ici.

          Transcription

          Cerveau du futur
          Professeur Keith Kendrick

          17 mars 2011

          Cerveau du futur

          Professeur Keith Kendrick

          Bonsoir mesdames et messieurs, et bienvenue au Gresham College. Il s'agit de la troisième d'une série de conférences que j'ai données, portant sur les avancées fondamentales et cliniques des neurosciences, dans le but de vous mettre à jour autant que possible. Cette conférence diffère des deux autres en ce sens qu'elle est beaucoup plus spéculative.  J'espère aussi que vous la trouverez un peu plus humoristique. 

          𠇏uture Brain” comprend un élément d'observation d'une boule de cristal. J'examinerai ce qui peut ou ne peut pas arriver au cours des vingt-cinq prochaines années. C'est une période assez arbitraire, mais si vous allez bien au-delà, vous seriez stupide de faire une prédiction raisonnable sur ce qui peut ou ne peut pas arriver en termes de découverte, le domaine évolue incroyablement vite, et c'est vraiment ce que je Je ne sais pas combien de temps il faudra pour que certaines des choses de cette conférence se déroulent, mais elles le feront, et nous allons développer une compréhension très différente de la cerveau au cours des prochaines décennies, ce qui changera nos vies.

          Je pourrais parler de nombreux domaines différents des neurosciences et nous serions ici pendant assez longtemps.  Il se trouve que c'est ma 30 e conférence Gresham, ce qui suggère qu'il se passe beaucoup de choses en neurosciences.  Dans cette conférence, je vais juste me concentrer sur un certain nombre de domaines - non pas tant d'où viendront les prochaines pilules super-magiques, mais plutôt pour vous donner une meilleure compréhension de la façon dont nous allons atteindre ce stade, de la façon dont fonctionnent les cerveaux sains et malades, de nouvelles façons de modifier la fonction cérébrale à des fins thérapeutiques (en particulier celles non invasives) et l'utilisation du cerveau pour contrôler les appareils externes – les interfaces cerveau-machine comme on les appelle souvent.& #xA0 J'éviterai de vous donner beaucoup de modélisation mathématique car cela risque de devenir extrêmement complexe, mais néanmoins, à la base de nombreuses avancées en neurosciences au cours des prochaines décennies, il y aura une interaction importante entre les neuroscientifiques, les mathématiciens et les scientifiques informatiques istes. En effet, je considérerai également un domaine qui n'est pas aussi "science-fiction" que vous pourriez le penser - la conception d'ordinateurs de type cerveau.

          Je commencerai par enregistrer les changements de l'activité cérébrale.  De toute évidence, si nous voulons vraiment mieux comprendre le fonctionnement du cerveau, nous devons pouvoir enregistrer son activité et essayer de donner un sens à ce qu'il fait, à un niveau détaillé. Nous commençons maintenant à développer les types de technologies qui nous permettent d'interroger réellement l'activité cérébrale et qui nous donnent l'opportunité de commencer à comprendre comment fonctionne un organe aussi complexe.

          Je suis sûr que la plupart d'entre vous ont entendu parler de l'imagerie cérébrale. Il s'agit d'un imageur à résonance magnétique, grâce auquel nous pouvons effectuer des études et observer les indices des changements d'activité cérébrale à une résolution de plus en plus élevée. ꃎtte diapositive montre l'activité cérébrale à l'aide d'un aimant massif - dans ce cas, un aimant de 7 teslas, ce qui devient assez courant maintenant dans les examens IRM, mais en fait il existe des aimants jusqu'à 12 teslas.  Ils ne sont pas encore utilisés sur les humains – il y a des problèmes quant à savoir si ces champs magnétiques élevés pourraient avoir des effets sur le cerveau humain. Cependant, l'avantage de ces machines à très haute intensité de champ magnétique est que vous pouvez atteindre une résolution millimétrique dans le cerveau, voire moins, ce qui nous permet de déceler les changements dans des groupes de noyaux assez complexes. C'est le cas, par exemple, dans l'amygdale, où les noyaux eux-mêmes peuvent être assez petits, mais ils font tous des choses légèrement différentes.

          Une autre avancée majeure est que, jusqu'à récemment, ces scans étaient essentiellement une analyse hors ligne de l'activité cérébrale. se passe dans leur cerveau. Maintenant, il est en fait possible de placer quelqu'un dans un scanner IRM et d'obtenir des commentaires en temps réel, ce qui vous permet bien sûr de demander au sujet de faire des choses, ou pour lui d'essayer de contrôler sa propre activité cérébrale, ce qui est quelque chose J'y reviendrai dans une minute.

          La magnétoencéphalographie est une autre méthode possible, grâce à laquelle vous mesurez à nouveau les champs magnétiques. Dans ce cas, cependant, vous mesurez des champs corticaux à une densité élevée, beaucoup plus élevée qu'avec l'électroencéphalographie normale. Néanmoins, les deux méthodes nécessitent que le patient reste totalement immobile dans des pièces de machines très coûteuses. C'est l'un des gros inconvénients de ce type de technologies, la restriction aux expériences de conception où un sujet humain peut être assis à l'intérieur d'une de ces machines mais il doit être totalement immobile, au moins avec sa tête. Ils peuvent faire des choses avec leurs mains et ils peuvent parler, mais leur tête doit être immobile, et cela comporte un certain nombre de limitations.

          Cela signifie que, en particulier pour le développement d'interfaces cerveau-machine, une méthodologie à moins haute résolution a été développée. regarder et même influencer l'activité cérébrale. C'est la spectroscopie proche infrarouge, où vous mesurez l'activité en termes de changements thermiques ou d'hémoglobine. Vous projetez beaucoup de lumière de longueur d'onde infrarouge sur le cerveau afin d'imager les changements généraux de l'activité cérébrale, pas aussi intensément ou précisément qu'avec l'IRMf ou le MEG, mais suffisamment pour qu'un individu n'ait pas à rester totalement immobile. . Une société japonaise produit maintenant des couvre-chefs spéciaux où vous pouvez effectuer ce genre d'enregistrement avec quelqu'un qui se déplace.

          La lumière joue également un très grand rôle dans les neurosciences fondamentales, peut-être l'un des domaines les plus chauds de la neuroscience à l'heure actuelle. On en parle beaucoup et très intéressant, mais je ne vais pas dépenser beaucoup d'argent. de temps dessus. La technologie s'appelle l'optogénétique et consiste à insérer des opcines ou des opcines de canal dans le cerveau, des gènes moléculaires activés par la lumière que vous pouvez attacher à la membrane des cellules. Vous utilisez un vecteur viral pour les introduire dans le cerveau, puis lorsque vous éclairez les neurones qui expriment ces gènes opcine, vous pouvez les activer ou les désactiver. là.

          C'est potentiellement une technique beaucoup plus puissante que la simple stimulation électrique et permet de stimuler des zones assez larges du cerveau, ce qui n'est évidemment pas possible avec un seul fil-électrode. Le seul véritable inconvénient, à la minute, est qu'il utilise des longueurs d'onde de lumière assez standard et parce que la source lumineuse doit activer directement ces opcines, elle est assez invasive. Peut-être qu'à l'avenir, nous serons en mesure de trouver des moyens d'éclairer le cerveau qui n'impliquent pas de sonder directement les tissus cérébraux.

          Voici quelques exemples d'où nous pourrions aller. Dans ma dernière conférence, j'ai parlé de l'augmentation de la recherche sur la stimulation cérébrale profonde pour le traitement de la maladie de Parkinson, mais aussi de la dépression. technique invasive, mais nous commençons à comprendre quelles parties du cerveau vous devez stimuler pour surmonter certains des symptômes de ces troubles. Ce serait bien si nous pouvions le faire de manière beaucoup plus non manière invasive. Il existe déjà des technologies spéculatives qui ciblent des zones cérébrales à l'aide d'un laser à impulsions infrarouges, de micro-ondes à impulsions focalisées ou d'ultrasons à impulsions focalisés - des moyens de stimuler physiquement les structures cérébrales profondes sans mettre d'électrodes dans le cerveau.

          Alors, qu'en est-il de pouvoir lire ce que vous voyez, pensez, ressentez en enregistrant l'activité du cerveau ? les marches de Wimbledon et les pensées de ceux qui l'entourent. On pourrait dire que nous ne voulons pas vraiment savoir ce genre de choses, cela ouvrirait toute une boîte de vers. comprendre ce que les gens pensent et ressentent. Dans ma première conférence, j'ai en fait donné un exemple d'une étude récente qui a permis à des individus dans un état végétatif et apparemment inconscient de communiquer avec des individus du monde extérieur. Cette étude a utilisé l'idée très simple que vous obtenez différents modèles d'activation en fonction des choses que vous imaginez - par exemple, imaginer marcher dans votre maison nécessite plus d'imagerie spatiale que d'imaginer jouer au tennis. Vous obtenez des modèles d'activation complètement différents. L'étude a révélé que quelques-uns de ces patients étaient réellement capables de le faire, même s'ils ne pouvaient pas communiquer autrement. Sur la base de cette découverte, ils ont ensuite pu poser aux patients des questions simples, oui ou non, dans lesquelles “yes” activerait, par exemple, l'imagerie motrice, et “no” l'imagerie spatiale.  Ceci est évidemment une manière très grossière d'interpréter ce qui se passe dans le cerveau, mais les schémas d'activation qui émergent peuvent être très bien délimités.

          En 2005, un article beaucoup plus controversé a été publié, affirmant que vous pouviez détecter les mensonges des gens à partir de leurs scans IRMf. Il s'agit d'un exemple réel du nez de Pinocchio, dans lequel un motif montre que vous êtes coupable , tandis qu'un autre motif vous montre que vous êtes innocent.  Ceci est tiré de l'article de Langleben et al dans Cartographie du cerveau humain, et ils ont affirmé être capables de détecter avec succès la tromperie chez les personnes 80 à 85 % du temps.

          Il a été utilisé à plusieurs reprises devant les tribunaux.  Il n'est jamais devenu recevable en tant que preuve, mais, avec le temps, il est probable que la technologie s'améliorera, et il n'est pas impossible d'imaginer que, dans dix ou vingt ans, le détecteur de mensonges ou polygraphe aura été remplacé par des scanners cérébraux de routine comme moyen de déterminer si quelqu'un dit la vérité ou non.

          Qu'en est-il de savoir ce que quelqu'un regarde ? Kay et al (2008) ont imagé le cortex visuel des cerveaux traitant beaucoup d'images - jusqu'à 1 000 images différentes dans les ensembles qu'ils donnaient &# x2013 et ils ont utilisé diverses méthodes pour analyser les scans cérébraux résultants dans le but de prédire avec précision quelle image les sujets regardaient.  Pour des séries allant jusqu'à 200 et 300 images, ils ont atteint un taux de réussite de 70 à 80 %, et cela ne manquera pas de s'améliorer avec le temps. C'est déjà assez étonnant de pouvoir détecter la bonne image dans un ensemble assez large.

          Vous pouvez certainement envisager ce futur scénario, où vous avez oublié vos clés de voiture et vous savez que l'emplacement est stocké quelque part dans votre tête, et vous vous lancez simplement dans un scan pour récupérer cette information – “Vos clés de voiture sont sous le canapé.&# x201D&# xA0 Cependant, vous pouvez également exposer des informations que vous ne vouliez pas que les gens sachent &# x2013 comme c'est le cas avec le monsieur dans ce dessin animé, qui aime apparemment porter des chaussures pour femmes&# x2019.

          Alors, qu'en est-il d'apprendre à contrôler ou à guérir notre propre cerveau ? De toute évidence, le potentiel d'auto-guérison suscite un grand intérêt, et des progrès se produisent très rapidement maintenant, ce qui en fait une réelle possibilité future.

          Une étude récente de Caria et al (2010) ont imagé le cortex insulaire droit, ce qui est particulièrement important pour répondre à des stimuli émotifs négatifs, tels que des visages en colère ou des visages dégoûtés. de leur activité. Il s'agissait d'une étude IRMf en temps réel, pour que les patients essaient d'augmenter l'activité de leur propre cortex cingulaire, afin qu'ils examinent réellement un indicateur de leur succès à augmenter l'activité de leur insulaire droit. .  Au fur et à mesure que vous augmentez l'activation BOLD dans l'IRM, les patients rapportent encore plus de réponses négatives envers ces images émotionnelles.  Vous êtes en fait capable de changer l'activité de l'une de ces zones si importantes dans le contrôle des réponses émotionnelles, et avec la rétroaction, vous êtes capable de changer votre réponse émotionnelle.

          Cela nous amène à la conscience métacognitive, qui est encore plus compliquée. Cela signifie une prise de conscience de vos pensées, y prêter attention et les éteindre et allumer – une incapacité à le faire est clairement marquée dans certains troubles psychiatriques.  McCaig et al (2011) ont mené une étude à ce sujet, encore une fois en utilisant l'IRMf en temps réel et la rétroaction, provoquant une augmentation de l'activité du cortex frontal au cours des séances d'entraînement, mais il n'y a pas d'augmentation lorsque la rétroaction n'est pas donnée. En conséquence, il semble que des fonctions cérébrales encore plus élevées soient susceptibles d'être affectées par l'entraînement par rétroaction, et l'IRMf en temps réel a été très utile pour le révéler.

          Ce n'est pas la seule approche cependant.  Il s'agit d'une étude largement publiée par Cerf et al dans La nature l'année dernière, réalisée sur des patients traités pour épilepsie. Afin de comprendre ce qui se passait dans leur cerveau avant la chirurgie, un réseau d'électrodes d'enregistrement a été implanté dans la zone touchée pendant environ une semaine, ce qui leur a permis de participer à des expériences de type neuroscience. Dans l'expérience montrée. ici, le lobe temporal est utilisé. 

          Les patients réagissent particulièrement bien aux images de haut niveau, et dans ce cas particulier, des images de personnes célèbres ont été utilisées : Venus Williams, Josh Brolin, Marilyn Monroe et Michael Jackson. Peu importe qui ils sont. Ils ont enregistré les réponses de neurones uniques : dans le cortex parahippocampique gauche, ce neurone unique répond préférentiellement à Marilyn Monroe mais pas à Josh Brolin, tandis que le neurone de l'hippocampe droit répond préférentiellement au visage de Josh Brolin et non à Marilyn Monroe.  Les sujets reçoivent ensuite une image composite de Josh Brolin et de Marilyn Monroe à visualiser sur leur ordinateur, et leur tâche est d'augmenter l'activité, par leurs propres pensées, du neurone qui répond à Marilyn Monroe. Ils reçoivent un retour d'information sur leur performance par le fait que cette image composite se déconvolue, devenant progressivement comme l'image cible, qui est Marilyn Monroe. Comme vous pouvez le voir, au fil d'une période d'essais, ils deviennent tout à fait capables Il y a donc une image qui passe d'une image composite à Marilyn Monroe, et de ce côté elle passe à une image de Josh Brolin. l'activité change.  S'ils n'y parviennent pas, il n'y a pas de changement d'activité.  Cela semble étrange que cela nous intéresse autant, mais la possibilité de changer l'activité d'un neurones dans le cortex temporal par voie de rétroaction suggère des réalisations futures dans la modification de l'activité cérébrale à des fins thérapeutiques.

          L'un des domaines des neurosciences particulièrement passionnants en ce moment est celui des divers rythmes électriques et oscillatoires du cerveau. C'est un domaine qui est connu depuis longtemps, mais nous commençons maintenant à comprendre exactement ce que font ces rythmes. Ils remplissent des fonctions extrêmement importantes de coordination de l'activité, soit localement, soit à travers de vastes zones du cerveau, et il existe différents rythmes dans différents états, des rythmes à très basse fréquence comme le delta (environ un ou deux hertz), jusqu'à un rythme à haute fréquence. comme le gamma (d'environ 30 à 70 hertz, voire plus).

          De nombreuses recherches ont montré comment ces rythmes sont modifiés au cours de l'apprentissage et dans diverses conditions. Voici quelques-unes de mes propres recherches, menées sur des moutons. Dans cette étude, j'ai examiné un rythme à assez basse fréquence, thêta, et un rythme à haute fréquence, gamma. Nous savons que gamma est couplé avec thêta. Les moutons ont été soumis à un essai de discrimination faciale et ces graphiques représentent les changements survenus dans le couplage thêta/gamma, le rapport entre thêta et gamma, l'amplitude de gamma, ainsi que de thêta. Vous remarquerez qu'au fur et à mesure que l'animal apprend (à 50 %, il ne sait pas ce qu'il fait, alors qu'à 80 %, il choisit une image plutôt qu'une autre pour obtenir une récompense alimentaire), il y a une corrélation positive entre la performance et les changements dans ces aspects des rythmes oscillatoires. Ceci est représenté par les pseudo-nuanciers sur la droite de cette diapositive. Dès que l'animal apprend réellement - à mesure qu'il passe de 70 % à 95 % - vous obtenez des augmentations soudaines de l'amplitude thêta et du couplage thêta/gamma, et vous commencez également à voir des changements dans le rapport thêta/gamma. Ces corrélations se renforcent au fur et à mesure que l'apprentissage progresse.

          Nous avons pu modéliser ce type de changement de manière formelle, impliquant des circuits très simples. Nous avons également pu modéliser comment ceux-ci sont affectés par l'apprentissage, en utilisant les participants moléculaires à l'apprentissage - en particulier le récepteur du glutamate, le récepteur NMDA. C'est le genre d'approche qui va être très important à l'avenir - examiner des informations biologiques, découvrir des effets, puis générer des modèles afin de décrire formellement ce qui se passe, ainsi que de prédire des choses que vous ne pouvez pas nécessairement faire avec des expériences d'enregistrement. Ces modèles seront les blocs de construction utilisés pour s'entraîner dispositifs artificiels pour fonctionner comme des cerveaux.

          Ceci est une autre étude montrant l'apprentissage. Il s'agit d'enregistrer l'activité oscillatoire à haute ou basse fréquence, mais de la tracer simplement en termes de niveaux d'activation, illustrés par la pseudo échelle de couleurs ici. Il s'agit d'un moteur très simple ou une tâche d'apprentissage du mouvement, et je suis sûr que beaucoup d'entre vous sauront, grâce à l'entraînement sportif, que s'imaginer réellement en train de faire des activités joue un rôle très important dans l'entraînement. Si vous regardez les schémas d'activité que vous obtenez dans les aires motrices de le cerveau lorsque vous imaginez un ensemble particulier de mouvements, ils ne sont généralement pas aussi forts que les mouvements réels, mais ils suivent néanmoins le même schéma et avec presque le même niveau d'activation. Cependant, si vous donnez des commentaires aux individus De plus, vous pouvez réellement améliorer le niveau d'activité dans les bandes de hautes et de basses fréquences, au-delà de ce que vous obtiendriez avec un mouvement normal. ns aussi.

          Uhlhaas et Singer (2010) rapportent des résultats intéressants, qui posent plus de questions que de réponses, mais montrent également pourquoi l'examen de ces types d'oscillations va être important pour nous sur toute la ligne. Ils ont examiné les changements de puissance gamma (haute fréquence) et également de puissance bêta (fréquence légèrement inférieure), et ils ont constaté qu'au cours du développement, il y a des changements de puissance gamma tels que, en particulier lorsque vous atteignez l'âge adulte, il y a une augmentation dans la puissance gamma et une augmentation de la synchronisation de bêta. En général, ce qu'ils montrent, c'est qu'à mesure que vous traversez l'adolescence, il y a une synchronicité accrue dans ces oscillations cérébrales. Comme vous le savez certainement, de nombreux troubles psychiatriques ont tendance à apparaître à l'adolescence, et il est à noter que beaucoup de ces troubles sont caractérisés par des changements dans les rythmes oscillatoires.

          Ceci est un exemple du même groupe. Vous pouvez voir qu'il y a une réduction de la puissance gamma chez les patients atteints de schizophrénie et un changement dans la fréquence bêta. Il existe également des exemples de cela dans un certain nombre d'autres troubles, comme la dépression.

          Tout ce domaine a conduit à l'émergence d'une sorte de médecine marginale, même si ceux qui la pratiquent ne la qualifieraient évidemment pas comme telle. Un certain nombre d'articles ont été publiés - malheureusement pas souvent dans les grandes revues - sur ce domaine, en concentrant l'attention sur le trouble déficitaire de l'attention avec hyperactivité ainsi que sur l'autisme. Par exemple, des études ont observé des changements mesurables dans les rythmes à haute et basse fréquence dans l'activité du cerveau des enfants atteints de TDAH. Ils ont montré comment, en enregistrant simplement l'activité de très peu de sites sur le cuir chevelu, vous pouvez capter ces rythmes. Vous pouvez ensuite donner à ces enfants une tâche de rétroaction où ils apprennent à augmenter ou à diminuer les activités de ces rythmes particuliers. Swingle (2008) a utilisé un DVD de Histoire de jouet comme tâche de retour d'information : lorsque les enfants l'ont bien compris, le DVD est lu, lorsqu'ils ne l'ont pas bien compris, il s'arrête. ces rythmes cérébraux et une amélioration du comportement ont été rapportés.  Cependant, toutes les personnes qui pratiquent cela soulignent que vous devez également faire d'autres choses, il ne suffit pas de se fier entièrement à cette tâche de rétroaction.& #xA0 Peut-être que ce genre de tâche de bio-feedback peut s'avérer très utile dans le traitement de divers troubles sur toute la ligne, mais nous avons vraiment besoin de comprendre un peu plus ce qui se passe, et c'est peut-être une version assez simple de le faire . 

          De nombreuses personnes éminentes expérimentées dans le traitement du TDAH affirment que tout cela est un effet placebo, c'est donc assez controversé.Cependant, j'espère, à partir des types de preuves que je vous ai déjà montrées, que vous pouvez voir comment cela pourrait ne pas être aussi controversé qu'il n'y paraît au premier abord. À l'avenir, une fois que nous comprendrons mieux ce qui modifie ces rythmes cérébraux, la base pour les modifier et, espérons-le, affecter le comportement, sera un peu plus acceptée.

          Je montre cette diapositive pour vous convaincre à quel point le cerveau est incroyablement adaptatif. Il s'agit d'un scanner dans lequel le crâne de la personne est presque vide. Cet individu n'a pratiquement pas de cerveau – le cerveau est juste à la périphérie ici, à quelques centimètres sous le crâne.  Cet individu est en fait un fonctionnaire français et a un faible QI, mais parvient toujours à survivre .  Cela a été causé par l'hydrocéphalie, mais parce que cela s'est produit sur une si longue période de temps, le cerveau était capable de s'adapter et de leur permettre de mener une vie relativement normale.  En général, si vous donnez suffisamment au cerveau le temps de s'adapter à diverses insultes, il peut alors surmonter le dysfonctionnement de manière assez remarquable.  Malheureusement, dans la plupart des cas de lésions ou de détérioration du cerveau, le laps de temps est trop court pour que nous puissions nous adapter correctement.

          Bien qu'il y ait beaucoup de discussions sur l'utilisation thérapeutique des cellules souches neuronales dans le traitement d'un grand nombre de troubles, la plupart de ces études impliquent l'insertion de cellules souches dans diverses régions du cerveau pour provoquer la régénération - par exemple, pour provoquer la régénération du dopaminergique neurones chez les patients atteints de la maladie de Parkinson.  Mais, en fait, le cerveau a sa propre population de cellules souches neurales, et il y a quelques structures qui sont impliquées dans divers aspects de l'apprentissage (comme le gyrus denté) et l'odeur reconnaissance (le bulbe olfactif) qui montrent en fait des preuves de routine pour ce que nous appelons la neuro-genèse, la production de nouveaux neurones. Cela semble être très important au sein de ces structures, pour les processus d'apprentissage. Il existe également un grand nombre de cellules souches neurales dans ce qu'on appelle la zone sous-ventriculaire, qui est la paroi des ventricules cérébraux, et lorsque le cerveau est endommagé, celles-ci se dirigent activement vers cette zone du cerveau et tentent de réparez-le.  Bien sûr, leurs actions sont dans la plupart des cas insuffisantes lorsque vous avez de grandes quantités de lésions cérébrales, mais il existe un énorme intérêt pour la possibilité de stimuler l'activité de ces systèmes d'auto-réparation dans le cerveau, afin qu'ils pourrait réagir aux dommages causés à diverses structures de manière plus efficace. Il s'agira donc probablement d'un autre grand domaine de progrès au cours des vingt-cinq prochaines années, en essayant de contrôler l'activité des mécanismes d'auto-réparation dans le cerveau pour aider traiter en particulier les dommages progressifs.

          Qu'en est-il de l'utilisation du cerveau pour contrôler des appareils externes ?  Nous voyons de plus en plus de preuves de la capacité d'enregistrer le type d'activité cérébrale dont j'ai parlé afin de contrôler les membres prothétiques, par exemple, mais aussi complètement d'autres appareils, comme des robots. 

          Dans cette diapositive, la femme a été équipée d'un bras robotique, qu'elle contrôle via des liens avec les nerfs de sa poitrine, qu'elle peut évidemment contrôler avec ses pensées. Ce type de progrès s'accélère rapidement maintenant, en particulier avec le traitement des amputés.

          Plus controversé, Guenther et al (2009) ont publié une étude sur un individu en particulier qui est muet. Ils ont implanté des électrodes dans les zones de la parole du cerveau, enregistré l'activité de celles-ci et l'ont transmise à divers systèmes analytiques pour piloter un synthétiseur vocal. Le sujet a reçu un retour du synthétiseur, entendant ce qu'il produisait. Cet individu était donc capable de produire une parole reconnaissable en modifiant l'activité des centres de parole de son cerveau, ce qui est assez remarquable.  PLoS UN n'est peut-être pas la meilleure revue au monde, mais cette étude est presque irréaliste et c'est certainement le genre de chose que je m'attends à voir se produire avec la neuro-prothèse au cours des vingt-cinq prochaines années.

          En effet, il y a eu une très grande revue dans les revues annuelles de psychologie l'année dernière, examinant les différentes choses que nous pourrions faire avec des individus tels que les paraplégiques afin d'utiliser des enregistrements de leur cerveau (de la spectroscopie infrarouge neurale ainsi que à partir d'un EEG standard) pour contrôler un certain nombre d'appareils externes, y compris le téléviseur.

          Bien sûr, il y a beaucoup de travail en cours pour développer des interfaces cerveau-machine qui ne sont pas seulement thérapeutiques. Par exemple, des ondes cérébrales individuelles sont enregistrées par spectroscopie infrarouge neurale afin de contrôler le robot Honda, et avec beaucoup de succès. C'est vraiment un domaine où beaucoup d'efforts sont investis. C'est encore relativement tôt. jours, mais néanmoins, il est possible de contrôler des robots très compliqués en utilisant l'entrée des ondes cérébrales humaines.

          En fait, il existe déjà une application pour cela ! L'iPhone vend quelque chose appelé “X-Wave”, où vous pouvez contrôler l'iPhone en enregistrant l'activité électrique de votre cerveau.  Je n'ai aucune idée de son succès, mais si vous voulez flasher 100 $, vous pouvez découvrez par vous-même.  De toute évidence, c'est une approche plutôt simpliste, mais il est clair qu'elle a déjà attiré beaucoup d'attention.

          Alors, pouvons-nous construire de nouvelles parties du cerveau ou même un cerveau artificiel?  Maintenant, nous nous approchons beaucoup de la “science-fiction.” Pourrions-nous vraiment insérer un sens de l'humour dans ceux qui en manquent, ou aider quelqu'un avec du ton -surdité? Pourrait-il donner au cerveau de quelqu'un des pièces de rechange ? Ces idées sont souvent appelées approches neuromorphiques, et il existe essentiellement trois approches de base que vous pouvez utiliser. La première consiste à faire en sorte que la technologie informatique existante simule le cerveau, et il y a beaucoup de travail en cours dans ce sens. #xA0 Alternativement, vous pourriez dire que la technologie existante n'est pas suffisante pour émuler un cerveau, nous devons donc développer de nouvelles technologies en utilisant davantage de composants de type cerveau. C'est le premier type d'approche. 

          La deuxième approche est très importante. Nous devrons être capables d'intégrer ce genre de puces dans le cerveau, donc des systèmes hybrides utilisant des neurones et des in silico des composants sont créés afin d'interfacer entre le cerveau et l'ordinateur. Ceci est déjà mis en œuvre et je vous ai déjà montré un exemple.  Vous pouvez voir cette approche à l'œuvre dans les implants de la cochlée et de la rétine, où vous insérez des réseaux d'électrodes afin d'enregistrer l'activité des nerfs, puis de les traduire en appareils numériques.

          La troisième approche, et peut-être la plus dérangeante, consiste à créer un cerveau de type organique, soit basé sur les principes biologiques actuels (neurones, synapses, etc.) ou peut-être d'autres approches novatrices, et le potentiel pour cela réside en chimie des polymères et en physique moléculaire.

          Henry Markram est directeur du Blue Brain Project à Lausanne, en Suisse. Il y a environ cinq ans, il a créé une unité avec accès à un énorme super-ordinateur IBM. Leur objectif est de modéliser et de simuler des blocs de construction très basiques du cortex du cerveau. Jusqu'à présent, ils font des progrès, ils ont dépassé les premiers principes et il y a certainement une énorme quantité de modélisation en cours. Il faudra attendre de voir ce que produit le projet.

          Beaucoup d'entre vous en sauront probablement beaucoup plus que moi sur les ordinateurs, mais l'une des grandes différences entre les ordinateurs et les systèmes neuronaux est que les ordinateurs traitent d'abord les informations, puis les transfèrent physiquement dans des registres séparés. Cela ralentit les choses et augmente également la quantité d'espace et de puissance que vous devez utiliser, et constitue en fait une limitation de la technologie informatique actuelle. Les réseaux neuronaux traitent et stockent les informations au même endroit, ou ils peuvent le faire. .  C'est donc une grande différence entre les systèmes basés sur le cerveau et les ordinateurs, ce qui permet, par calcul, au cerveau de faire, dans une taille relativement petite, autant qu'un super-ordinateur qui remplirait deux de ces pièces et consomment probablement un million de fois plus d'énergie.

          En Amérique, la Defense Advance Research Projects Agency dépense actuellement des millions de dollars pour ce programme particulier. Il s'appelle Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics, ou SYNAPSE en abrégé. #xA0 Ce programme vise à développer des puces électroniques inspirées du cerveau qui imitent la fonction, la taille et la consommation d'énergie d'un cortex biologique, et des subventions de plusieurs millions de dollars ont déjà été attribuées à IBM, Hughes Research Labs et Hewlett-Packard.  Ils travaillent avec des partenaires universitaires, mais ce sont les entreprises qui en sont le fer de lance. Comme vous pouvez l'imaginer, il s'agit potentiellement d'un gain commercial de plusieurs millions de dollars s'ils réussissent.

          Les progrès dans ce domaine ont été aidés par la découverte d'un nouveau composant électronique. Nous connaissons depuis longtemps les résistances, les condensateurs et les inductances, mais en 1971, Leon Chua a fait une prédiction théorique qu'il doit y avoir une autre forme de composant – ce qu'il décrit comme une résistance avec mémoire, un memristor.  C'est un appareil qui peut en fait changer sa longueur en fonction de la quantité de courant qui le traverse, et donc changer sa résistance.&# xA0 Il est également sensible à la direction du courant. Le memristor a la capacité étonnante de se souvenir de la charge qui l'a traversé et de modifier sa résistance, et l'important est qu'il se souvienne de cette résistance même lorsque l'alimentation est coupée. C'est donc effectivement un composant non volatil , et en théorie, ce type d'appareil pourrait améliorer les lecteurs flash, etc. Chua a déclaré que les memristors doivent exister en principe, mais c'est un groupe de Hewlett-Packard qui a publié une lettre en La nature en 2008, avec la première preuve que ces choses pouvaient être construites. Environ un an plus tard, ils ont montré que vous pouviez construire des puces avec des memristors capables de traiter et de mémoriser des informations, et elles étaient quatre à huit fois plus petites que les puces actuelles .

          C'est assez intéressant du point de vue de l'industrie informatique, mais l'idée d'un composant électronique avec mémoire est bien sûr exactement ce que sont un neurone et une synapse. Des recherches aussi récentes que l'année dernière ont construit ces puces d'appareils à point de commutation à l'aide de memristors et ont montré qu'elles imitent les activités des neurones lors des aspects fondamentaux de l'apprentissage (par exemple, les changements de neuroplasticité). Il est encore très tôt, mais en principe, ce serait le genre de composants que vous utiliseriez pour construire une puce qui fonctionne comme un cerveau.

          Incidemment, il y a une énorme inquiétude, en particulier aux États-Unis, que la CIA va développer des puces de contrôle mental. S'adressant à une récente conférence de la All American United National Association of Foil Hat Wearers Against CIA Mind Control Rays (AAUNAFHWACMR), le directeur des relations publiques de la CIA, a assuré aux personnes réunies, « Bien qu'il soit vrai que seules de petites charges électriques sont nécessaires pour stimuler le cerveau, ce n'est pas toute l'histoire.  Pour changer l'avis des Américains moyens sur quoi que ce soit, il faudrait au moins la tension d'une batterie de voiture, et en raison des problèmes de taille et de poids impliqués, ce n'est tout simplement pas pratique.”  Au moins, il avait le sens de l'humour !

          Cela n'empêche pas les gens comme les Foil Hat Wearers de s'inquiéter du développement de puces de contrôle mental. La technologie, en théorie, n'est pas complètement hors de portée, mais il faudrait beaucoup de temps avant d'en arriver là.

          Alors qu'en est-il des cerveaux organiques ?  Pourrions-nous réellement créer quelque chose qui fonctionne de manière similaire à notre biologie actuelle ?  Oui, nous le pouvons déjà.  Vous pouvez évidemment cultiver les cellules souches neuronales, et vous pouvez les transformer en neurones circuits, mais, dans un sens, il faudra beaucoup de temps pour développer quelque chose qui remplira des fonctions très complexes. , cerveaux. Pour vous donner un exemple : l'unité de base est une cellule nerveuse, avec des dendrites et un axone, et vous pouvez la générer avec une nanoparticule d'or liée à des brins de polymère conducteurs. L'axone, de différentes tailles, peut être conducteur de brins de polymère. Les dendrites réceptrices conductrices de brins de polymère, se terminant par une particule d'or, pour la conduction, et la synapse peut être l'interception entre les polymères et les électrolytes. Vous pouvez dupliquer efficacement (à l'échelle nanométrique) quelque chose qui est construit comme un réseau de neurones avec les technologies existantes en physique moléculaire et en chimie des polymères. C'est le genre de chose que vous pourriez trouver. L'un des avantages de ces types de réseaux est que vous pouvez réellement avoir une communication biodirectionnelle, ce qui, bien sûr, dans les neurones, vous ne pouvez pas – c'est une seule direction.  L'axone ne se propage normalement que dans une seule direction. quand il fonctionne.

          À l'avenir, alors, lorsque vous voudrez un nouveau cerveau, ce sera peut-être possible. Cependant, je pense que les avancées clés des neurosciences ne se situeront pas dans cette direction. Ils consisteront à relier des puces de type cerveau à notre circuit cérébral existant, de sorte que l'interface entre les puces de type cerveau et notre cerveau sera la domaine clé de l'avance, car vous pouvez évidemment programmer des puces avec une énorme quantité d'informations. Si vous pouviez réellement lire ces informations par le cerveau, vous pourriez presque imaginer avoir une sorte de Google interne, des informations que vous brancher.

          De toute évidence, à la lumière des problèmes que j'ai soulevés dans cette conférence, vous ne serez pas surpris de savoir qu'il y a eu une augmentation considérable dans le domaine de l'éthique neuronale. Après tout, nous commençons à considérer les implications de la compréhension et du contrôle des organismes humains qui sont sans précédent. Lorsque vous lisez et contrôlez les pensées des autres, êtes-vous coupable ou non ? De plus, bien que la plupart des exemples que j'ai donnés aient été dans un contexte thérapeutique, ils pourraient également être utilisés pour améliorer des fonctions normales et non altérées. Comment allons-nous gérer ou même contrôler ce genre de choses si nous visons un tel Robocop-comme scénario?

          De plus, si vous croyez - comme nous devons vraiment le faire - que la conscience évolue naturellement à partir de systèmes neuronaux complexes, alors à l'avenir nous devrons peut-être nous demander - allons-nous générer des machines capables d'un certain degré de conscience et donc de sentiments ?

          Bien sûr, ce n'est pas dans vingt-cinq ans, mais les principes seront là, et il sera très intéressant de voir ce qui se passera lorsque nous aurons la technologie pour générer des réseaux de type neuronal à grande échelle, et nous serons face à leurs ramifications.

          En résumé, les progrès de la technologie d'enregistrement du cerveau et des approches informatiques permettront de plus en plus d'interpréter l'activité mentale. Attention au gars au coin de la rue qui va proposer des scanners cérébraux à petit budget ! Il y aura énormément de fraude et d'activités criminelles qui vont de pair avec ces développements, mais de plus en plus, nous allons pouvoir pour voir ce que les gens pensent et ressentent, simplement en enregistrant l'activité de leur cerveau.

          Bien sûr, nos pensées peuvent être utilisées contre nous. Peut-être que chaque salle d'audience aura son box des témoins installé avec une machine d'IRMf en temps réel ou quelque chose de similaire ? Ou qu'en est-il du bouton qui se connecte à l'oreille interne de tous les travailleurs, juste pour voir ce qu'ils pensent et ressentent ?

          Comme j'ai essayé de l'insinuer, je pense personnellement que tout le domaine du bio-feedback va être extrêmement important pour nous aider à nous aider à traiter les dommages dans les cerveaux dysfonctionnels. à bien des égards, mais lorsque la science dure émerge pour le soutenir et que nous commençons à mieux comprendre ce que nous faisons, alors c'est une possibilité très réelle. Après tout, le cerveau est extrêmement adaptable, et nous semblons être capables de le contrôler nous-mêmes, ce qui suggère le potentiel d'utiliser cette capacité de manière bénéfique. Bien sûr, non seulement vous pourriez l'utiliser à des fins bénéfiques, mais vous pouvez également l'utiliser pour les moins constructifs - une épée à deux tranchants.

          Nous pourrons contrôler des appareils externes à l'aide d'interfaces cerveau-machine. Peut-être aurons-nous des robots que nous pourrons contrôler avec nos propres pensées pour faire des choses dans la maison ? Je soupçonne que les premières applications réelles de ces interfaces cerveau-machine se trouveront probablement dans le domaine du jeu. une telle grande entreprise et l'idée que vous pouvez contrôler les jeux avec vos schémas de pensée a un certain attrait, comme vous l'avez déjà vu dans l'application iPhone.

          Nous connaissons déjà suffisamment de conflits domestiques pour savoir qui contrôle la télécommande du téléviseur, mais imaginez si les deux partenaires pouvaient contrôler les appareils de la maison. Qui exercera le contrôle dominant ? Je dis cela avec désinvolture, mais cela soulève un point important. Si tout le monde peut contrôler les machines dans son environnement local, que se passe-t-il lorsque deux personnes ayant des opinions et des motivations différentes entrent en conflit ? Dans ce cas, les développements des neurosciences peuvent ne pas être un tel pas en avant, mais peuvent en fait aggraver les choses.

          Les ordinateurs deviendront de plus en plus des cerveaux. En 2013, nous retrouverons-nous avec des psychiatres informatiques ? J'espère bien que non, mais c'est une possibilité.

          Les prothèses neurales, comme je l'ai déjà laissé entendre, deviendront beaucoup plus couramment disponibles et pas seulement pour le remplacement de membres artificiels, mais aussi pour remplacer des fonctions que nous, pour une raison ou une autre, sommes incapables de faire. il n'est pas exclu que nous ayons des interfaces avec des puces complexes qui peuvent effectivement fonctionner comme des cerveaux - vous pouvez imaginer un module pour acquérir des langues ou quelque chose pour améliorer ce que le cerveau a ou n'a pas, y compris un implant Google pour ceux d'entre nous qui voulons en savoir plus que ce que nous devrions peut-être vraiment. Sinon, je suis sûr que certains d'entre nous préféreraient un implant qui éteint tout simplement !

          Pour certaines personnes, les problèmes soulevés dans cette conférence pourraient suffire à vous donner envie de fuir   un cas de neuroscience devenu fou.  Ce n'est pas ça.  Cela va être une période vraiment excitante , à la fois en neurosciences mais aussi en informatique, et ils iront de pair. Nous ne pouvons qu'espérer que cette technologie sera utilisée pour le bien de l'humanité. Je peux certainement vous assurer que, pour la personne qui donnera cette conférence dans vingt ans, beaucoup de ces choses seront en fait assez routinières. Notre cerveau n'existera plus en tant qu'endroit privé que nous emportons avec nous - le futur cerveau n'est peut-être plus à l'abri des intrus, cherchant à savoir ce que nous pensons et ressentons.


          Asymétries fonctionnelles

          Sous des concentrations d'odeur constantes, l'ORN OFF est mieux à même de résoudre les petites différences que l'ORN ON. Cela reflète la plus grande sensibilité différentielle et la fiabilité du premier.Dans sa réponse aux changements de concentration, l'ORN OFF a une sensibilité différentielle et une fiabilité inférieures à celles de l'ORN ON. Ainsi, le ON ORN peut mieux distinguer les sauts de concentration que le OFF ORN ne peut distinguer les baisses de concentration. Pendant les changements de concentration, la fréquence d'impulsion plus élevée de l'ORN OFF est moins précise que la fréquence d'impulsion inférieure de l'ORN ON. Les deux ORN ne sont donc pas un ensemble de neurones récepteurs à réponse symétrique, révélant une non-linéarité fondamentale dans la détection des odeurs.

          Cette asymétrie peut compenser une diminution de la sensibilité différentielle pour les changements de concentration avec l'augmentation retour-conc niveaux. Comme indiqué ici, la fréquence d'impulsion des deux types d'ORN est affectée simultanément par deux paramètres indépendants : l'ampleur du changement de concentration et la retour-conc niveau. Les sauts de concentration provoquent de fortes réponses dans les ORN ON, mais la réponse à un saut donné a tendance à être plus faible plus la valeur est élevée. retour-conc niveau (Fig. 7UNE). De même, la réponse de l'ORN OFF est élevée lorsque la goutte est grande, mais la réponse à une goutte donnée a tendance à être d'autant plus faible que la retour-conc niveau (Fig. 7B). En même temps, l'ORN OFF a une plage de fréquences plus large, c'est-à-dire qu'il répond avec des valeurs de fréquence plus élevées à une chute que l'ORN ON à un saut équivalent.

          Fig. 7.A–C: simuler les ORN ON et OFF testés avec des changements de concentration d'odeur à partir de différentes concentrations de fond. UNE: la réponse du ON ORN augmente avec l'augmentation du saut de concentration, mais le même saut provoque des réponses plus faibles plus la concentration de fond est élevée. B: la réponse du OFF ORN augmente avec l'augmentation de la baisse de concentration, mais le même saut provoque des réponses plus faibles plus la concentration de fond est élevée. C: réponses combinées des ORN ON et OFF au cours d'une série alternée de sauts et de baisses de concentration, illustrant les réponses asymétriques aux changements de concentration dans les deux sens à partir de niveaux de fond donnés.

          Une mise à l'échelle progressivement compressée telle que décrite par la pente décroissante des fonctions stimulus-réponse avec l'augmentation retour-conc niveau présente certains avantages : il optimise la sensibilité pour la plage de faible concentration sans sacrifier la plage de fonctionnement et sans étendre indûment l'échelle de mesure. Un haut retour-conc niveau, cependant, peut véhiculer un message vital. Il signale la proximité de la source d'odeur. Néanmoins, lorsque le retour-conc le niveau augmente, les sauts de concentration deviennent moins efficaces pour déclencher l'excitation dans l'ORN ON. Dans le même temps, lorsque la blatte se tourne vers une zone où la concentration est inférieure à la concentration de fond, l'ORN OFF se déchargera avec des débits élevés, qui sont encore plus élevés que ceux de l'ORN ON pour des sauts de concentration à la même concentration de fond (Fig. . 7C). Lors de la recherche de la source d'odeur, la blatte doit équilibrer les taux de décharge des ORN ON et OFF. De toute évidence, des taux de décharge élevés du ON ORN signalent la direction vers la source d'odeur. De faibles taux de décharge le feront également, à condition qu'un changement de cap provoque un taux de décharge élevé dans l'ORN OFF. Les réponses fortes de l'OFF ORN serviront de premier message indiquant que la concentration est en train de chuter : revenez en arrière !