Une organisation topographique dans le cortex olfactif primaire

La carte cachée derrière notre sens de l’odorat

Nous avons tendance à concevoir l’odorat comme quelque chose de désordonné et mystérieux : d’innombrables molécules odorantes tourbillonnent dans le nez et deviennent, d’une manière ou d’une autre, des odeurs distinctes dans notre esprit. Pour la vision et le toucher, les scientifiques savent depuis longtemps que le cerveau utilise des cartes ordonnées, où des cellules cérébrales voisines répondent à des emplacements voisins dans l’espace. Cette étude se demande si un dispositif similaire — une carte cachée — existe aussi pour l’odorat dans une région du cerveau appelée cortex olfactif primaire, et montre qu’une telle organisation existe effectivement.

De la surface du nez aux circuits cérébraux

Les molécules odorantes qui pénètrent dans le nez activent d’abord des structures appelées glomérules dans le bulbe olfactif, le premier relais cérébral de l’odorat. Chaque glomérule répond à certains types de molécules odorantes. Pour la vision ou le toucher, des points voisins sur l’œil ou la peau sont reliés à des cellules cérébrales voisines, créant des cartes ordonnées. Mais des décennies de travaux suggéraient que l’odorat pouvait être différent, avec des connexions du bulbe au cortex apparemment enchevêtrées et aléatoires. Les auteurs ont repris ce problème avec de nouveaux outils, en s’intéressant non seulement à la provenance des entrées, mais à la façon dont des groupes de glomérules, pris ensemble, activent des neurones individuels plus profonds dans le cerveau.

Éclairer les voies olfactives avec de petits motifs

Pour révéler cette organisation, les chercheurs ont transformé le bulbe olfactif en un « écran d’entrée » contrôlable. En utilisant des souris dont les neurones du bulbe pouvaient être activés par la lumière, ils ont projeté des milliers de petits motifs de lumière bleue sur la surface du bulbe tout en enregistrant l’activité électrique de nombreux neurones dans le cortex piriforme antérieur, une zone clé de traitement olfactif. En suivant quels emplacements du bulbe devaient être éclairés, seuls ou en combinaison, pour faire décharger un neurone cortical donné, ils ont construit une sorte de carte du champ récepteur pour chaque cellule corticale : la liste des glomérules qui l’excitent, l’inhibent, et avec quelle intensité.

De nombreuses entrées, des réponses flexibles

Les cartes ont montré qu’un neurone cortical typique puise des signaux de plusieurs dizaines de glomérules répartis sur le bulbe, une fois que l’ensemble du bulbe est pris en compte. Certaines de ces entrées poussent le neurone à décharger, d’autres le freinent. Surtout, un neurone ne fonctionnait pas comme un détecteur d’un motif unique et précis d’activité du bulbe. Au contraire, il pouvait être activé par plusieurs sous-ensembles différents de ses glomérules d’entrée, tant que l’excitation globale entrante était suffisamment forte. Autrement dit, un même neurone pouvait répondre à plusieurs combinaisons distinctes de signaux olfactifs, ce qui suggère un code flexible et chevauchant plutôt qu’un schéma rigide « un motif, un neurone ».

Les neurones voisins partagent davantage les mêmes entrées olfactives

Quand l’équipe a comparé les cartes d’entrée de nombreux neurones corticaux, une tendance claire est apparue : les neurones situés près les uns des autres dans le cortex olfactif primaire avaient tendance à puiser dans des ensembles de glomérules plus similaires que les neurones éloignés. Leurs glomérules préférés se trouvaient souvent à proximité sur le bulbe, et des neurones voisins partageaient parfois même des glomérules spécifiques, bien que les effets excitatoires ou inhibiteurs puissent différer. À mesure que la distance physique entre deux neurones corticaux augmentait, la similarité entre leurs cartes d’entrée diminuait. Ce schéma s’est maintenu au fil de nombreuses sessions d’enregistrement et après des contrôles rigoureux pour s’assurer que des neurones distincts n’étaient pas confondus.

Les cartes d’entrée correspondent aux réponses aux odeurs réelles

Les chercheurs ont ensuite demandé si ce schéma d’architecture se reflète dans la façon dont les neurones répondent aux odeurs réelles. En analysant à la fois de nouvelles données et des enregistrements publiés précédemment des réponses corticales à des panels d’odeurs, ils ont constaté que les neurones proches les uns des autres avaient tendance à montrer des préférences olfactives légèrement plus similaires que les neurones distants. L’effet était modeste mais cohérent, tant chez les animaux éveillés que sous anesthésie. De plus, les paires de neurones dont les cartes d’entrée provenant du bulbe étaient plus similaires avaient également tendance à répondre de façon plus similaire aux mélanges d’odeurs, reliant ainsi directement le schéma de câblage caché au comportement sensoriel réel du cortex.

Ce que cela implique pour notre façon de sentir

Pendant des années, on a supposé que le cortex olfactif était largement non structuré, un enchevêtrement de connexions aléatoires, différent des cartes ordonnées observées pour d’autres sens. Ce travail montre que, sous l’apparente aléa, existe une règle topographique subtile : les neurones proches dans le cortex olfactif primaire reçoivent des mélanges d’informations olfactives plus similaires en provenance du nez et répondent aux odeurs de façon plus semblable. Plutôt que d’être une carte simple et one-to-one, l’odorat utilise un schéma many-to-one dans lequel des groupes chevauchants de glomérules convergent vers des grappes de neurones corticaux voisins. Cette organisation peut aider le cerveau à équilibrer le coût des connexions, la flexibilité et la capacité à reconnaître des odeurs apparentées tout en continuant à les distinguer les unes des autres.

Citation: Taragin, S., Bashan, O., Dalal, T. et al. A topographical organization in the primary olfactory cortex. Nat Commun 17, 3994 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70356-9

Mots-clés: cortex olfactif, cartes sensorielles, circuits neuronaux, codage des odeurs, organisation topographique