Tout le monde a des parfums qui lui plaisent naturellement, comme la vanille ou le café, et des parfums qui ne lui plaisent pas. Qu’est-ce qui rend certaines odeurs attrayantes et d’autres non ?
Barani Raman, professeur de génie biomédical à la McKelvey School of Engineering de l’Université de Washington à St. Louis, et Rishabh Chandak, qui ont obtenu un baccalauréat, une maîtrise et un doctorat en génie biomédical en 2016, 2021 et 2022, respectivement, ont étudié le comportement de les criquets et comment les neurones de leur cerveau réagissaient aux odeurs attrayantes et désagréables pour en savoir plus sur la façon dont le cerveau encode les préférences et comment il apprend.
L’étude donne un aperçu de la façon dont notre capacité à apprendre est limitée par ce qu’un organisme trouve attrayant ou peu attrayant, ainsi que le moment de la récompense. Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans Communication Nature.
Raman a utilisé des criquets pendant des années pour étudier les principes de base de l’odorat énigmatique. Alors qu’il s’agit plus d’un sens esthétique chez l’homme, pour les insectes, y compris les criquets, le système olfactif est utilisé pour trouver de la nourriture et des partenaires et pour détecter les prédateurs. Les neurones de leurs antennes convertissent les signaux chimiques en signaux électriques et les transmettent au cerveau. Ces informations sont ensuite traitées par plusieurs circuits neuronaux qui convertissent ces signaux sensoriels en comportement.
Raman et Chandak se sont mis à comprendre comment les signaux neuronaux sont modelés pour produire un comportement lié à l’alimentation. Comme les chiens et les humains qui salivent, les criquets utilisent des appendices sensoriels près de leur bouche appelés palpes pour saisir la nourriture. L’action de saisie est automatiquement déclenchée lorsque certains odorants sont rencontrés. Ils ont qualifié d’appétitifs les odorants qui déclenchaient ce comportement inné. Ceux qui n’ont pas produit ce comportement ont été classés comme peu appétitifs.
Raman et Chandak, qui ont remporté le prix de thèse exceptionnel du génie biomédical, ont utilisé 22 odeurs différentes pour comprendre quels odorants les criquets trouvaient appétissants et lesquels ils ne le faisaient pas. Leurs parfums préférés étaient ceux qui sentaient l’herbe (hexanol) et la banane (acétate d’isoamyle), et leurs moins préférés sentaient l’amande (benzaldéhyde) et les agrumes (citral).
« Nous avons constaté que les criquets répondaient à certaines odeurs et pas à d’autres, puis nous les avons répartis dans une seule dimension comportementale », a déclaré Raman.
Pour comprendre ce qui rendait certaines odeurs plus sympathiques et d’autres non, ils ont exposé les criquets affamés à chacune des odeurs pendant quatre secondes et mesuré leur réponse neuronale. Ils ont découvert que le panel d’odorants produisait des réponses neuronales qui se séparaient bien en fonction du comportement qu’ils généraient. Les réponses neuronales pendant la présentation de l’odeur et après sa fin contenaient des informations concernant la prédiction comportementale.
« Il semblait y avoir une approche simple que nous pourrions utiliser pour prédire quel serait le comportement », a déclaré Raman.
Fait intéressant, certains des criquets n’ont montré aucune réponse à l’une des odeurs présentées, alors Raman et Chandak ont voulu voir s’ils pouvaient les entraîner à réagir. Très similaire à la façon dont Pavlov a entraîné son chien avec une cloche suivie d’une récompense alimentaire, ils ont présenté à chaque criquet un odorant, puis leur ont donné une collation d’un morceau d’herbe à différents moments après la présentation de l’odeur.
Ils ont découvert que les criquets n’associaient des parfums attrayants qu’à une récompense alimentaire. En retardant la récompense, ils ont découvert que les criquets pouvaient être entraînés à retarder leur réponse comportementale.
« Avec l’approche de formation ON, nous avons constaté que les criquets ouvraient leurs palpes immédiatement après l’apparition de l’odeur, restaient ouverts pendant la présentation de l’odeur, puis se fermaient après l’arrêt de l’odeur », a déclaré Raman. « En revanche, l’approche d’entraînement OFF a permis aux criquets d’ouvrir leurs palpes beaucoup plus lentement, atteignant la réponse maximale après l’arrêt de l’odeur. »
Les chercheurs ont découvert que le moment où la récompense était donnée pendant l’entraînement était important. Lorsqu’ils ont donné la récompense quatre secondes après la fin de l’odeur, les criquets n’ont pas appris que l’odeur indiquait qu’ils recevraient une récompense. Même pour les parfums attrayants, aucun entraînement n’a été observé.
Ils ont constaté que l’entraînement avec des stimuli désagréables conduisait les criquets à réagir davantage aux stimuli agréables. Pour expliquer cette observation paradoxale, Raman et Chandak ont développé un modèle informatique basé sur l’idée qu’il existe une ségrégation des informations pertinentes pour le comportement très tôt dans l’entrée sensorielle au cerveau. Cette idée simple était suffisante pour expliquer comment la préférence innée et apprise pour les odorants pouvait être générée dans le système olfactif des criquets.
« Tout cela renvoie à une question philosophique : comment savons-nous ce qui est positif et ce qui est une expérience sensorielle négative ? » dit Raman. « Toutes les informations reçues par notre appareil sensoriel, et leur pertinence pour nous, doivent être représentées par une activité électrique dans le cerveau. Il semble que le tri des informations de cette manière se produise dès que les signaux sensoriels pénètrent dans le cerveau. »
Plus d’information:
Rishabh Chandak et al, Variétés neurales pour les préférences appétitives innées et acquises axées sur les odeurs, Communication Nature (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-40443-2