Plasticite De La Dynamique Spatiale Et Temporelle De La Representation D Une Odeur Dans Le Bulbe Olfactif De Souris
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Plasticité de la dynamique spatiale et temporelle de la représentation d'une odeur dans le bulbe olfactif de souris
La représentation corticale des informations sensorielles est fondamentale dans la perception, la reconnaissance et la mémorisation des différents objets de l'environnement. Les mécanismes de codage d'un stimulus sensoriel au niveau d'une population neuronale prennent place dans le temps et l'espace, deux composantes que nous avons étudiées successivement dans ce travail de thèse. Dans le bulbe olfactif, la dynamique des activités neuronales se traduit par de larges oscillations du potentiel de champ local. Plusieurs études indiquent que ces activités oscillatoires varient en fonction de l'environnement olfactif ou de l'expérience de l'animal. Toutefois peu d'études ont comparé les réponses oscillatoires aux odeurs entre les états d'éveil et d'anesthésie. La composante spatiale du traitement olfactif dans le bulbe se manifeste par l'activation d'unités fonctionnelles, les glomérules. Visualisées par des techniques d'imagerie fonctionnelle, ces activités distribuées à la surface du bulbe olfactif forment une topographie lâche des molécules olfactive reconnues en périphérie par les neurorécepteurs olfactifs. L'existence d'une plasticité de ces cartes spatiales, un aspect crucial du codage de la représentation de l'information dans d'autres modalités sensorielles, est débattue dans le bulbe olfactif. Dans ce cadre, les travaux présentés dans cette thèse s'articulent autour de deux questions : quel est l'impact de l'état d'éveil de l'animal sur les oscillations du potentiel de champ local enregistré dans le bulbe olfactif ? Existe-t-il une plasticité des cartes glomérulaires suite à un apprentissage associatif ? Par l'enregistrement, chez les mêmes souris, des régimes oscillatoires en condition éveillée et anesthésiée (par un mélange de kétamine-xylazine ou kétamine-médétomidine), nous montrons que les profils de réponses oscillatoires évoquées par l'odeur sont similaires dans les deux conditions, et que l'activité spontanée est modulée différemment selon le régime anesthésique. Pour étudier le codage spatial nous avons en premier lieu visualisé et décrit les variations des cartes glomérulaires évoquées par les odeurs en enregistrant par imagerie optique deux types de signaux basés sur l'activité métabolique, le signal intrinsèque et l'autofluorescence des flavoprotéines. Suite au développement d'une fenêtre optique dans le bulbe olfactif en chronique, nous avons pu comparer les cartes spatiales obtenues avant et après un apprentissage olfactif. Nous avons mis en évidence un impact différentiel de deux types de conditionnement sur la représentation spatiale de l'odeur.
Modulation par le jeûne de la représentation spatiotemporelle d'une odeur de nourriture et d'une odeur nouvelle dans le bulbe olfactif du rat
L'olfaction est importante pour de nombreuses fonctions vitales comme la reproduction, les interactions sociales, la détection des aliments et le comportement alimentaire. Toutefois, l'impact nutritionnel sur le système olfactif n'a pas été précisément décrit. Dans ce contexte, le sujet de cette thèse consistait en l'étude des effets du jeûne sur la représentation spatiotemporelle des odeurs dans le bulbe olfactif principal (BO), une structure assurant la première étape du codage de l'information olfactive dans le cerveau.Dans le BO, les caractéristiques des molécules odorantes sont représentées sous forme d'activitéspatiale et temporelle respectivement dans la couche glomérulaire et celles des cellules mitrales et granulaires. Pour étudier le codage spatial au niveau glomérulaire, nous avons utilisé l'imagerie optique du signal intrinsèque qui permet de cartographier l'activité évoquée sur la surface du BO en réponse à des odeurs. Pour étudier le codage temporel des odeurs, nous avons enregistré les variations spécifiques de l'activité oscillatoire du potentiel de champ local (LFP) dans les couches profondes.Nous avons testé les réponses aux odeurs chez des rats mis à jeun pendant 17 heures par rapport aux rats nourris ad libitum. Nous avons utilisé deux stimuli olfactifs à des concentrations différentes: la première (odeur commerciale d'arôme d'amande) est associée à la nourriture car elle est préalablement incorporée dans une pâte sucrée présentée aux rats quotidiennement ; le second (hexanal), est une molécule odorante pure, nouvelle et neutre pour eux. L'utilisation de ces odeurs dans une gamme de concentrations faibles nous a permis d'étudier les modifications de seuil d'activation du BO. Nous avons analysé les deux types de représentation spatiale et temporelle chez des rats anesthésiés, à jeun versus nourris. Nous avons observé que les cartes spatiales et les changements des profils oscillatoires évoqués dans le BO sont présents pour les deux types de stimuli à de faibles concentrations chez tous les rats à jeun mais pas chez tous les animaux nourris. Par contre, pour les fortes concentrations d'odeurs, nous avons observé plus de réponses chez les animaux nourris. Nous avons conclu que le jeûne affecte profondément le seuil d'activation spatiotemporelle du BO.Nous avons alors cherché à identifier les candidats moléculaires qui pourraient déclencher cetteplasticité olfactive à jeun. Nous avons analysé dans le BO la variation de l'expression des récepteurs à deux hormones satiétogènes, la leptine et l'insuline, mais n'avons pas trouvé de changement significatif entre les deux groupes de rats. En outre, l'injection intrapéritonéale de leptine n'a pas inversé le profil oscillatoire induit chez des rats à jeun. Nous avons conclu que la leptine n'agit pas à elle seule dans la signalisation de l'état nutritionnel qui induit la plasticité bulbaire. Nous avons également cherché des modifications spécifiques des circuits du BO pendant le jeûne et avons obtenu des données préliminaires intéressantes sur la plasticité astrocytaire. Enfin, nous avons mené un nouveau projet sur le rôle des endocannabinoïdes dans la prise alimentaire. Le THC est un agoniste des récepteurs CB1 aux endocannabinoïdes qui induit une hyperphagie. Les CB1 étant présents dans le BO, nous avons testé ses effets sur l'activité oscillatoire chez des souris à jeun. Nous avons trouvé que le THC inhibe la désensibilisation olfactive qui est déclenchée chez les souris contrôle par la présentation d'odeurs répétées.
Interactions olfacto-alimentaires
La compréhension des mécanismes cérébraux régulant la prise alimentaire est devenue cruciale face à la pandémie mondiale d'obésité. L'ingestion d'aliments est sous le contrôle d'un large réseau de structures cérébrales qui régulent la balance énergétique en régulant l'apport de nourriture et la dépense énergétique. Etant donné l'importance de l'olfaction dans l'appréciation des aliments, il est primordial d'identifier des mécanismes précis liant olfaction et nutrition.Nous avons choisi d'étudier l'activité dans le Bulbe Olfactif principal (BO), la première structure cérébrale qui permet la représentation spatiotemporelle des odeurs. De façon intéressante, des récepteurs aux hormones anorexigènes et orexigènes sont exprimés à la fois dans l'hypothalamus et le BO. Toutefois, l'impact de la leptine (et de l'obésité) sur l'activité du BO in vivo demeure inconnu.Pour évaluer l'action de la leptine et de l'obésité sur la plasticité olfactive, nous avons choisi le modèle murin ob/ob. Nous avons d'abord décrit la répartition spatiale de l'activité dans le BO en réponse à une odeur alimentaire et à une odeur neutre chez ces souris en les comparant à des souris témoins grâce une technique de neuroimagerie fonctionnelle, l'Imagerie par Résonance Magnétique renforcée au Manganèse (MEMRI). Par le développement d'une méthode de comparaison statistique indépendant de l'utilisateur, le SPM (Statistical Parametric Mapping), nous avons mis en évidence une augmentation de l'activité spontanée et de l'activité induite par odeur alimentaire dans le BO des ob/ob. Cependant, l'activité induite par une odeur neutre n'était pas plus élevée. L'injection de leptine a pour résultat d'augmenter le signal MEMRI dans les couches profondes du BO et ne restaure que partiellement l'activité des ob/ob. En quantifiant la neurogenèse dans le BO par injections de BrdU, nous avons mis en évidence une survie accrue des cellules granulaires et périglomerulaires chez les ob/ob.Pour évaluer la dynamique temporelle de l'activité du BO, nous avons enregistré par électrophysiologie les variations de l'activité oscillatoire du potentiel de champ local dans les couches profondes du BO pendant l'apprentissage d'une tâche de discrimination olfactive, le Go/NoGo. L'apparition d'une oscillation lente dite bêta (15-40 Hz) pendant cet apprentissage est un marqueur fonctionnel de l'état du réseau olfactif. Elle est dépendante des retours centrifuges provenant du cortex olfactif, majoritairement du cortex piriforme. Si nous n'avons pas observé de différence importante dans la discrimination olfactive, nous avons en revanche mis en évidence un problème motivationnel chez les animaux ob/ob, qui n'effectuaient la tâche que si la récompense hydrique contenait du sucre. Nos enregistrements montrent une forte augmentation des oscillations bêta chez les souris obèses après apprentissage comparé aux souris témoins.