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Une odeur aperçue par le nez

TPE: LES ODEURS

Du nez au cerveau

Pour introduire, nous allons expliquer une animation que nous avons vue en préparant les TPE pour avoir une idée générale sur le système olfactif. 

Si nous accompagnons les molécules odorantes, l’odorat se trouve au fond du nez. En effet lors d’une inspiration les molécules odorantes en suspension dans l’air pénètrent le nez et se dirige vers le bulbe olfactive. Par suite, dans le mucus de la partie supérieure des fosses nasales les molécules odorantes vont se solubiliser et entrer en contact avec les cils des neurones olfactifs. Plus précisément, tout commence dans les fosses nasales appelées aussi cavités nasales : ce sont les deux entrées qui contiennent les organes olfactifs, ensuite les muqueuses olfactives viennent, nous possédons deux muqueuses dans notre nez :

  • L’une est dite respiratoire, elle est composée d’une bordure cillée. Ces derniers battent et entraînent le mucus, un liquide aqueux proche d'un gel, qui protège le tissu cellulaire des agressions chimiques ou microbiennes apportées par l’air respiré.
  •  L’autre muqueuse beaucoup plus importante dans le système olfactif puisqu’elle remplit un rôle sensorielle. Elle est située dans les parties hautes de la cavité nasale. Elle est appelé l'épithélium olfactif.
     

Dans cette deuxième partie des cellules réceptrices du système olfactifs sont présentes ; approximativement 10 millions. Ces cellules sont des neurones qui captent leurs informations par une touffe de cils flottant dans un mucus aqueux. La structure de ces cils est très originale : leur membrane est constituée de nombreuses protéines réceptrices différentes, capables de reconnaître toute une palette de substances odorantes. Des axons composent ces cils, un axone ou fibre nerveuse est le prolongement long, mince et cylindrique d'un neurone qui conduit les impulsions électriques en dehors du corps cellulaire. Les axones sont effectivement les principales lignes de transmission du système nerveux. Les nerfs sont constitués de faisceau d'axones.
 

Ils peuvent détecter jusqu’à 10 000 effluves différentes, à des concentrations extrêmement faibles.

C’est ainsi que chaque neurone conduira un signal nerveux de nature électrique propre à la molécule odorante qui l’a stimulé. Le message nerveux parvient à une zone corticale du cerveau qui va alors interpréter le message et permettre d’associer l’odeur a un nom, un souvenir…C’est la bulbe olfactif ou le lobe olfactif. 

Un système complexe

Chez l’être humain comme chez plusieurs autres espèces notamment les vertébrés, trois sorte d’attributs sont reconnus aux odeurs :
 

  1. la qualité 

  2. l’intensité

  3. la valeur hédonique

La qualité

La qualité c’est ce qui donne son identité à l’odeur, et donc  les odeurs sont discriminables sur la base de leurs qualités. La discrimination n’est pas toujours de même efficacité et précision. Les odeurs naturelles sont généralement produites par des mélanges moléculaires de la composition chimique hétérogène et rarement par des corps purs. En effet la distinction de mélange ou de corps pur n’est pas toujours évidente. Lorsque nous ressentons une odeur seulement 3 ou 4 composants pourra être discernée. 

L’intensité

L’intensité c’est la force de sensation qui croit avec la concentration des molécules odorantes selon une loi de puissance, lorsque le seuil de perception est atteint. On distingue deux seuils de perception : le premier est celui de la détection qui correspond a l’impression qu’une odeur est présente, et le deuxième seuil, qui est plus élevé, est celui de la reconnaissance et de l’identification. En effet la qualité et l’intensité ne sont pas deux attributs indépendants, puisque la qualité perçue d’un stimulus olfactif est susceptible de changer selon son intensité. Cette interaction entre attributs est cependant variable selon les odorants. Nous avons constaté plusieurs fois que si nous plaçons des sujets dans un environnement odorisé au-dessus de leur seuil de détection, en les engageants dans un tâche qui requiert une attention qui n’est pas centrée sur l’odorat, ils peuvent ne pas prendre conscience de la présence d’odeurs. Même dans ces situation de mesure de seuil, lorsque les sujets doivent designer parmi plusieurs flacons présentés celui qui contient une odeur, le choix qu’ils pensent faire au hasard est souvent juste, ce qui indique que le cerceau peut capter de l’information non consciente. Et cette information peut être mémorisée sous forme de mémoire implicite et utilisée.
Enfin, il est difficile  de prédire l’intensité d’un mélange odorant connaissant celle de chacun de ses constituants. 

La valeur hédonique

Le troisième attribut est la valeur hédonique, aussi appelée valeur affective, qui s’impose aussi bien dans l’expérience de tous les jours que dans les études de ressemblance ou mesure de distance qualitative entre les odeurs. En effet, le caractère plaisant ou déplaisant de l’odeur est l’un des premiers facteurs dans les analyses des jugements de ressemblance entre les autres. La valeur affective dépend de l’identité ou qualité de l’odeur et de l’apprentissage acquis lors des expériences antérieurs. De plus elle dépend de son identité. Généralement, les odeurs jugées désagréables à faible intensité le sont encore d’avantage lorsque la concentration de l’odorat supérieur. Tout comme les seuils de perception et l’intensité, la valence hédonique des odeurs est sujette à de grandes différences individuelles. 

L'épithélium olfactif

La muqueuse olfactive ou neuro-épithélium tapisse le plafond des fosses nasales entre le haut de la cloison et le cornet supérieur.
Cet épithélium comprend : 

Le bulbe olfactif

  1. les cellules réceptrices neurosensorielles de Schultze : ce sont des neurones bipolaires, dont le prolongement périphérique dendritique se termine par des cils porteurs de sites récepteurs pour la reconnaissance des molécules odorantes, et dont le prolongement axonal central forme les racines du nerf olfactif et le pénètre par la lame criblée de l’ethmoïde. 

  2. les cellules de soutiens et les cellules basales servent au renouvellement de l’épithélium. 

Le bulbe olfactif, pair et symétrique, où convergent environ vingt-cinq millions d’axones périphériques, contient deux types de cellules, mitrales et cellules à panache, qui assurent le relais entre les cellules sensorielles et les formations de messages nerveux.

Les axones des cellules précédentes peuvent emprunter :

  • la racine olfactive externe homolatérale, qui comprend : les noyaux olfactifs, le tubercule olfactif (plancher du lobe frontal), le lobe piriforme (face interne du lobe temporal), l’amygdale (paléo cortex), le thalamus, puis le néocortex pariétal (qui reçoit également des afférences gustatives et somesthésies linguales). C’est la voie olfactive spécifique.

  • la racine olfactive interne, qui comprend : les noyaux olfactifs internes et les tubercules olfactive (émettant des fibres directes et croisées) ; le paléo cortex olfactif qui envoie des projections a l’hypothalamus, au complexe amygdalien à l’hippocampe et au thalamus, lui-même relié au cortex préfrontal ; c’est la voie olfactif non spécifique.  

Les récepteurs d’odorants appartiennent à une superfamille de protéines. Ils sont apparentés à l’opsine des photorécepteurs de la rétine ainsi qu’à d’autres récepteurs de neurotransmetteurs du système nerveux et de certaines hormones. Ils ont tous la même structure générale caractérisée par sept régions hydrophobes traversant la membrane, mais différent les uns des autres par leurs séquences d’acides amines.

Les gènes responsables des récepteurs olfactifs humains et leur évolution

Les gènes des récepteurs olfactifs sont extrêmement nombreux, ils constituent la plus grande des familles de gènes des vertébrés. Le génome olfactif humain comporte un peu moins d'un millier de gènes et celui de la souris environ 1300 gènes. Ces gènes forment environ 5% de notre génome, le système olfactif utilise ainsi une part significative du génome dans le but d'assurer sa fonction de détection moléculaire vis-à-vis de l'environnement, c'est-à-dire en imposant un nombre élevé de récepteurs, le système olfactif nécessite un grand nombre de gènes pour les exprimer. 

Alors que la vision et l’audition réalisent leurs tâches respectives en combinant leur sensibilité à une dimension du stimulus, la fréquence d’une onde et la répartition spatiale des éléments détecteurs, l’olfaction doit prendre en compte les multiples dimensions de l’univers des molécules qu’il importe de détecter et de reconnaître dans leur singularité. En effet, aucune propriété physicochimique ne permet à elle seule de singulariser une espèce chimique. Pour reconnaître cette singularité, un ensemble de propriétés est simultanément explorer par le système, cela est accompli en multipliant les récepteurs qui répondent chacun à une certaine combinaison de ces propriétés.Les récepteurs olfactifs des humains présentent beaucoup de similitudes avec ceux des autres espèces quant aux séquences de leurs acides aminés.
Cependant une particularité est présente chez l'espèce humaine : une proportion importante de leurs quelque 950 gènes est constituée en réalité de pseudo gènes : des gènes qui ont subi une détérioration et n’ont plus, de ce fait, la possibilité de s’exprimer, mais n’ont pas été éliminés. Seuls 350 environ seraient fonctionnels. Chez la souris, ces pseudo gènes existent mais en proportion bien plus faible. 

La pseudogenisation n'est pas une singularité du système olfactif. Un faible taux de pseudo gènes pourrait être sans conséquence, mais avec le taux atteint chez l'Homme, cette pseudogenisation ne peut pas être négligeable et par suite affect notre système olfactif.
Par conséquent le système olfactif humain est capable d’accéder au même univers olfactif que celui des autres mammifères, mais avec probablement moins d’acuité.  

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