Transformation de l'information dans le système olfactif

Information processing in the olfactory system

• Auteur / Autrice : Benjamin Roland
• Direction : Alexander Fleischmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 30/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hirac Gurden, Nathalie Mandairon, Andreas Schaefer, Brice Bathellier, Alberto Bacci, Alain Trembleau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bulbe olfactif

Perception olfactive

Odorat

Mots clés libres

Olfaction

Cortex olfactif

Bulbe olfactif

Biologie sensorielle

Imagerie in vivo

Codege de l'information

Piriform cortex

Olfactory bulb

Sensory processing

Résumé

Les comportements olfactifs nécessitent de reconnaitre les odeurs sur une large gamme de concentration tout en restant sensible aux changements de concentration. Pour accomplir cette tâche paradoxale, le système olfactif doit façonner des représentations des odeurs qui soient à la fois dépendantes et indépendantes de leurs concentrations.Nous avons combiné des techniques de génétique murine, microscopie biphotonique, et enregistrements neurophysiologiques extracellulaires pour caractériser l’activité neuronale en réponse aux odeurs dans le bulbe olfactif et le cortex olfactif (piriforme) de la souris. En utilisant une souris au « nez monoclonal », nous montrons que les circuits du bulbe olfactif sont capables d’amplifier les entrées sensorielles très faibles, et d’atténuer les entrées envahissantes. En revanche, nous observons que le niveau d’activité neuronale induite par les odeurs dans le cortex piriforme est globalement indépendant de leurs concentrations. En outre, nous avons identifié une sous-population de neurones du cortex piriforme encodant l’identité d’une odeur indépendamment de sa concentration. Nos résultats d’imagerie calcique in vivo et d’enregistrement neurophysiologiques suggèrent que cette invariance à la concentration dans le cortex piriforme est assurée par les interneurones positifs à la paravalbumine, une sous-population de neurones inhibiteurs.Ces résultats mettent en évidence deux étapes différenciées du traitement de l’information dans les voies neurales de l’olfaction : tandis que le bulbe olfactif normalise les entrées sensorielles, les microcircuits du cortex piriforme intègrent cette information en composantes sensorielles distinctes.

Olfactory behaviors require the identification of odors across a large range of different concentrations, yet are exquisitely sensitive to changes in odor concentrations. To accomplish this seemingly paradoxical task the olfactory system must generate odor representations that are, at once, both concentration-dependent and concentration-invariant.We have used a combination of mouse genetics, in vivo two-photon microscopy, and extracellular multielectrode recording techniques to characterize odor-evoked activity in the olfactory bulb and olfactory (piriform) cortex of mice. Taking advantage of a mouse with a “monoclonal nose” in which the sensory input map is strongly perturbed, we show that olfactory bulb circuits are able to amplify very weak sensory inputs, and to suppress pervasive input.In contrast, we found that the overall level of odor-evoked neural activity in the piriform cortex is largely concentration-invariant. Moreover, we identified a small subpopulation of odor-responsive piriform neurons, which encodes odor identity independent of concentration. In vivo calcium imaging and extracellular multielectrode recordings suggest that parvalbumin-expressing interneurons, a subpopulation of inhibitory neurons, mediate concentration invariance in the piriform cortex.These results highlight contrasting processing mechanisms of sensory information along the olfactory pathway: while the olfactory bulb normalizes sensory inputs, microcircuits of the piriform cortex integrate this information into distinct sensory features. This process may allow for the simultaneous representation of identity and intensity in the olfactory system.