Le système olfactif

PARTIE II : LE SYSTÈME OLFACTIF

Nous connaissons tous les cinq sens: la vue, l’ouïe, le goût, le toucher et l’odorat. Ce dernier est sans doute le plus mystérieux car son mécanisme inexploré par les chercheurs et chercheuses en biologie. L’odorat, ou système olfactif, sert à la perception et au traitement des informations des molécules odorantes par le cerveau.

Notons qu’un être humain peut distinguer, répertorier et mémoriser plus de 10 000 odeurs!

A. Trajectoire des molécules odorantes du nez jusqu’au bulbe olfactif

A-1: Du nez à la muqueuse olfactive:

A chaque inspiration, le nez “aspire” des molécules odorantes présentes dans l’air, ces dernières parviennent directement dans la fosse nasale. Il existe en vérité une autre voix que celle du nez, appelée voix orthonasale. En effet les molécules inspirées par la bouche, par voix rétronasale, peuvent aussi se retrouver dans la fosse nasale. Cette cavité est tapissée de mucus avec une membrane protectrice: l’épithélium (toujours très irrigué et humide) surtout actif contre les agressions telles que la pollution ou la fumée de cigarette. Au sommet de la fosse nasale se trouve la muqueuse olfactive. La muqueuse olfactive est l’ensemble mucus, épithélium, plus les cellules de soutien, cellules nerveuse et cellules basales.

La muqueuse olfactive contient des millions de neurones et ne fait pas plus de 2,5 cm² chez l’homme.

Photographie d’une coupe de muqueuse olfactive flèche jaune: les limites d’épithélium/ flèche bleue: glande de Bowman /flèche rouge: filet du nerf olfactif

 

  • Les cellules de soutien se trouvent sur toute l’étendue de la muqueuse olfactive, elles servent à la cohésion des tissus et offrent un bon environnement aux cellules neuronales. Elles n’ont aucun rôle dans le traitement des odeurs.
  • Les cellules basales ont pour fonction principale d’assurer le renouvellement régulier des neurones. Elles se trouvent dans la partie profonde de l’épithélium.
  • Les Glandes de Bowman sont à l’origine de la sécrétion du mucus servant surtout à minimiser les risques d’infections. Elles emprisonnent les molécules nocives, en empêchant qu’elles aillent plus loin.
  • Les neurones olfactifs ont une structure bipolaire se terminant d’un côté en cils (avec une dendrite), et de l’autre en axone. Entre 20 et 30 cils sont situés à l’extrémité des dendrites. Ils possèdent des cavités où se logent les molécules. Ces cavités, qui sont appelées « récepteurs » sont, en fait, des protéines interagissant avec d’autre protéines.Pour chaque neurone, il existe un type de récepteur, capable de détecter certains types de molécules olfactives. Les neurones sont répartis en différentes zones dans l’épithélium, correspondant à la réception de différentes molécules olfactives. C’est là que commence réellement le traitement de l’information olfactive.
Schéma de la trajectoire et des zones participant à l’olfaction.
Schéma de la muqueuse olfactive

A partir du moment où la molécule se loge dans la cavité du cil, l’information est transmise, à l’aide de signaux électriques provoqués, le long des différentes cellules nerveuses, par de nombreuses réactions chimiques. Ce passage entre le mécanisme cellulaire et le mécanisme moléculaire s’appelle la transduction olfactive.

LA TRANSDUCTION OLFACTIVE

Elle commence par l’activation des récepteurs. Des protéines dans le mucus se chargent de transporter les molécules à travers la muqueuse jusqu’aux récepteurs. Une fois la molécule au creux du cil, une réaction enzymatique a lieu et une protéine appelée G est activée. Cette dernière sert à l’enclenchement de l’adénylyl cyclase, qui produit de l’AMP cyclase.

Cette molécule permet le passage d’une décharge électrique le long du neurone olfactif. L’AMP cyclase a une action de dépolarisation. Les ions Ca²+ et Na+ passent dans le neurone pour “transporter “le courant électrique.

Schéma de la transduction olfactive

La polarisation consiste en l’association des charges électriques dans un corps, sous l’influence d’un champ électrique.

A l’arrivée de ces même ions, à l’entrée des axones (deuxième extrémité du neurone), l’information passe du nerf olfactif aux glomérules situés dans le bulbe olfactif. Il existe un os, l’ethmoïde qui sépare la muqueuse olfactive (dans la fosse nasale) du bulbe olfactif (dans le cerveau). Il est criblé de petits trous par lesquels passent les axones des neurones olfactifs, pour rejoindre les extrémités des cellules mitrales.

La jonction des deux extrémités est appelée le glomérule.

La structure et les propriétés des récepteurs ne sont pas tout à fait connues. Nous savons que ce sont des protéines la même structure générale caractérisée par sept régions hydrophobes, mais elles diffèrent dans leurs acides aminés. Les différentes séquences d’acides aminés codent pour des récepteurs différents. Le récepteur ne s’active que si la molécule se trouve dans une région tridimensionnellement adéquate. Puis les molécules échangent des informations, servant aux glomérules pour créer une image olfactive dans le cerveau.

Voir la vidéo explicative de Khan académie ici.

A-2: Dans le bulbe olfactif

On a dit précédemment qu’il existait des zones dans l’épithélium correspondant à la réception de certains types de molécules. Il y a aussi un lien entre ces zones et les types de glomérules. Les cellules réceptrices qui s’occupent du même type de molécules ont leur axone se rejoignant au même glomérule.

Les glomérules ont une structure ovoïde, leur diamètre est d’une centaine de microns. Ils sont entourés de petits neurones, les cellules périglomérulaires. Les glomérules s’articulent avec les dendrites des cellules mitrales, principales cellules du bulbe olfactif. Cette association augmente la sensibilité du signal électrique. Le rôle des glomérule est primordial puisque c’est le seul moyen de communication  de l’information entre le système olfactif et le cerveau. Chaque glomérule est spécifique à un type de molécule et donc à des types d’odeur: c’est grâce à des combinaisons d’activation de glomérules qu’une odeur peut ensuite être interpréter.

Shéma : 1-le bulbe olfactif / 2-les cellules mitrales / 3-l’ethmoïde / 4- l’épithélium / 5- les glomérules / 6- les nerfs olfactifs.

LA RECONNAISSANCE OLFACTIVE PAR LES GLOMÉRULES, ET COMBINATOIRE DE LA PERCEPTION OLFACTIVE:

Lorsque des molécules arrivent aux récepteurs olfactifs, certains d’entre eux s’activent et envoient une impulsion électrique aux glomérules. Selon le nombre et la positon des glomérules activés, une “image olfactive” est formée dans le cerveau et permet d’interpréter l’odeur.

Le bulbe olfactif est relié au cortex olfactif se trouvant au centre du cerveau. C’est là que la mémoire des odeurs est stockée, et que la liaison entre odeur et comportement est faite.

 B) Dans le cerveau, la mémoire olfactive:

La mémoire permet d’enregistrer des informations venant d’expérience ou

d’événements vécus, de les stocker, les conserver et les réutiliser. Il y a plusieurs systèmes de mémoire. Il y en a cinq exactement.

-La mémoire de travail (à court terme)

-La mémoire sémantique, ou mémoire épisodique (à long terme)

-La mémoire procédurale (automatismes inconscients)

La mémoire perceptive liée aux sens.

C’est cette dernière qui nous intéresse tout particulièrement. Que ce passe-t-il dans le cerveau quand on sent une odeur ? Comment se souvient-on d’une odeur ?

LA POSITION ET LA FONCTION DES DIFFÉRENTES ZONES DU CERVEAU QUI PARTICIPENT A L’OLFACTION :

Tout d’abord, l’ensemble des zones du cerveau participant à l’olfaction se trouvent dans le système limbique.

  • Le bulbe olfactif (dont on a parlé précédemment) se trouve sur la zone frontale du cerveau, tout à fait en bas, juste au dessus de la fosse nasale. Ils sont séparés par cet os qui laisse passer les axones des neurones olfactifs, reliant ces derniers aux glomérules. Il relaie les informations portées par les neurones au cortex olfactif. 
  • Le cortex olfactif primaire :

Le cortex piriforme : c’est l’aire olfactive la plus grande ayant une position centrale dans le cortex. Il possède de nombreuses connexions neuronales et inter-neuronales (dont on ne connaît pas encore réellement la fonction), surtout avec le bulbe d’un coté, et avec le cortex enthorinal notamment de l’autre.

Le cortex enthorhinal : Cette structure est l’arrière du cortex olfactif primaire. Il peut être divisé en deux parties: médiane et latérale. Elles ne sont pas directement connectées aux mêmes structures corticales du système: la partie latérale est reliée au bulbe olfactif par exemple.

L’amygdale : elle est enroulée de la même façon que l’hippocampe (dans le cortex olfactif secondaire). C’est une structure très complexe et différente selon les animaux au niveau du nombre de noyaux qu’elle comporte. Elle sert à reconnaître et caractériser une émotion.

  • Le cortex olfactif secondaire :

Le thalamus : il est juste au dessus des différents cortex du cortex olfactif primaire. Il a pour principale fonction le relais d’informations de type sensoriel et sensitif ainsi que la régulation de la vigilance, du sommeil et de la conscience.

L’hypothalamus se trouve devant et légèrement plus bas que le thalamus. Sa fonction principale consiste à faire le lien entre le système nerveux et le système endocrinien à l’aide d’une glande, l’hypophyse, à l’origine des fonctions corporelles.

L’hippocampe est enroulé autour du thalamus. Il est primordial en ce qui concerne la mémoire et la navigation spatiale.

IRM
IRM et positions des différentes zones du cerveau participant à l’analyse des odeurs et à leur interprétation.

Le cortex olfactif secondaire comporte encore d’autres systèmes : le cortex orbitofrontal, le cortex IRM et position de l’hippocampe (vue de face) insulaire, le cortex cingulaire ou encore le striatum ventral.

D’autres systèmes chimiosensoriels participent au traitement de l’information olfactive comme le système trigéminal et le système olfactif accessoire.

SCHEMA BILAN :

Schéma Bilan de la perception olfactive chez l’Homme:

schéma bilan TPE

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