Les expériences pavloviennes sur les criquets fournissent de nouveaux indices sur le fonctionnement de l’odorat dans le cerveau

Du parfum de la préparation du café à la odeur de pluie détrempant le sol, distinguer les parfums est l’une des raisons pour lesquelles avoir un sens de l’odorat est merveilleux.

Mais comment des odeurs telles que le café peuvent être comprises par notre cerveau, peu importe la saison, le lieu ou l’heure est une question complexe à laquelle répondre. Il y a un grand nombre de neurones qui composent notre bulbe olfactif pour nous aider à donner un sens aux arômes qui nous entourent.

Ainsi, les chercheurs se sont tournés vers un allié improbable – les criquets – pour décomposer comment les odeurs telles que le café sentent toujours le café, malgré une myriade d’autres odeurs ou d’autres facteurs environnementaux susceptibles de gêner.

“Cet exploit de reconnaissance de formes qui est encore difficile à réaliser dans les systèmes de détection chimiques artificiels est réalisé par la plupart des systèmes sensoriels pour leur survie”, l’équipe de l’Université de Washington à St Louis a écrit dans son nouvel article.

« Comment cette capacité est-elle atteinte ? »

L’équipe a d’abord fait une version de Conditionnement du répondant pavlovien sur les insectes, en particulier une sauterelle américaine (Schistocerca americana). Ils ont placé un «odorant» à côté des antennes des criquets affamés (c’est ainsi que les criquets sentent) et leur ont ensuite donné une récompense alimentaire. Cela a provoqué l’ouverture des pièces buccales externes des criquets – appelées palpes maxillaires -, que les chercheurs ont peintes en vert pour faciliter la visualisation.

Après quelques cycles de ce conditionnement, les criquets ouvriraient leurs palpes maxillaires après avoir juste senti l’odorant, aucune nourriture requise. Cette réponse signifie que les criquets ont reconnu l’odorant, ce qui est évidemment une première étape importante.

Alors que les criquets portaient de petits capteurs qui surveillaient l’activité neuronale, l’équipe a ensuite vérifié si les criquets pouvaient capter la même odeur dans différentes conditions, telles que des intervalles secs ou humides ou changeants. Alors que les palpes des criquets s’ouvraient à chaque fois, les neurones s’activaient selon des schémas incohérents selon les circonstances.

“Les réponses neuronales étaient très variables”, a déclaré l’un des membres de l’équipe, l’ingénieur biomédical Barani Raman.

“Cela semblait être en contradiction avec ce que faisaient les criquets, sur le plan du comportement.”

Les chercheurs ont alors fait intervenir apprentissage automatique pour déterminer ce qui se passait. Il est rapidement devenu évident qu’il y avait un certain nombre de neurones « ON » qui s’allument lorsqu’une substance odorante est présente et de neurones « OFF » qui s’allument lorsque la substance odorante disparaît. Mais ils n’ont pas besoin d’être parfaits pour fonctionner.

Le cerveau du criquet pèlerin n’avait besoin que de la quantité approximative de neurones ON allumés et de neurones OFF éteints pour dire que l’odeur était là, avec une marge de manœuvre pour lutter contre tout changement pour les différentes conditions qui modifieraient les odeurs.

Bien que nous ne puissions pas relier ces découvertes directement aux humains, l’étude de ces réponses dans un modèle animal plus simple comme ces insectes peut nous aider à mieux comprendre certains des principes fondamentaux du fonctionnement général des systèmes olfactifs.

Dans ce cas, nous avons maintenant un modèle de la façon dont un système neuronal peut détecter une odeur spécifique parmi une cacophonie d’autres et des facteurs environnementaux obscurcissants.

Vous pouvez en savoir plus à ce sujet dans la vidéo ci-dessous.

Bien sûr, nous ne pouvons pas prendre trop de cette étude pour se rapporter aux bulbes olfactifs beaucoup plus grands des humains, mais c’est une recherche fascinante. Espérons qu’avec plus d’études, nous pourrons comprendre comment notre cerveau peut également comprendre la pléthore d’odeurs qui nous entourent dans notre vie quotidienne.

La recherche a été publiée dans PNAS.

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