Neural basis of olfactory preferences

Abstract

La valence hédonique des odeurs (leur caractère plus ou moins plaisant) est une dimension primordiale de l'olfaction chez l'homme. Les préférences olfactives sont fortement façonnées par l'expérience, la culture et le contexte. Cependant, des études récentes montrent qu'elles seraient également partiellement dictées par les propriétés physicochimiques des molécules odorantes. L'objectif de ce travail est d'une part de préciser les paramètres physico-chimiques des odorants déterminant la dimension hédonique de la perception. D'autre part, nous avons recherché comment le premier relais cortical olfactif, le bulbe olfactif (BO) encode la valence hédonique des odeurs, qu'elle soit spontanée ou modulée par l apprentissage. Dans une première partie, nous avons exploré l'effet de la complexité des odorants sur la perception olfactive chez l'homme. Nous avons montré que ce paramètre influence à la fois la complexité perceptuelle (le nombre de notes olfactives évoquées) et la valence hédonique des odeurs. Ceci suggère que le système olfactif est capable de coder la valeur hédonique à partir de la molécule odorante chez l'homme. Dans une seconde partie, nous avons mis à profit la conservation de l'organisation anatomofonctionnelle du système olfactif chez les mammifères pour explorer, dans le modèle murin, la représentation de la valence hédonique des odeurs dans le BO. Nous avons analysé la réponse bulbaire à des odorants non biologiques plus ou moins complexes, et donc attractifs, grâce à la cartographie de l'expression des gènes précoces Zif268 et cFos. Nous mettons en évidence une activation postérieure du BO plus importante pour les odeurs les moins attractives. Dans une dernière partie, nous avons examiné la plasticité des représentations bulbaires quand la valence hédonique de l'odorant change. La valence des odorants a été modifiée chez la souris par apprentissage associatif appétitif ou aversif. La réponse bulbaire a ensuite été examinée en fonction de la valence acquise des odeurs. Nous montrons que lorsqu'un même odorant passe d'une valence positive à une valence négative, l'activité des interneurones granulaires diminue dans la partie postérieure du BO. Ceci indique un rôle de la distribution antéro-postérieure de l'activité bulbaire dans le codage de la valence hédonique apprise des odeurs. En raison du renouvellement constant des interneurones bulbaires à l'âge adulte, impliqués dans la mémoire associative olfactive, l effet de la modulation de la valence des odeurs sur la neurogenèse a également été déterminé. De façon intéressante, la neurogenèse adulte est impliquée dans ce processus car l'activité des cellules granulaires nouvellement formées diminue également dans le BO postérieur en réponse à l'odeur devenue aversive. Ainsi, les deux dernières parties suggèrent une plasticité de la représentation de la valeur hédonique sur l'axe antéro-postérieur selon que la préférence est spontanée ou acquise. Dans leur ensemble, ces trois études montrent d'une part que la complexité moléculaire des odorants est un facteur déterminant de la valence hédonique de l'odeur chez l'homme et la souris. D'autre part, elles démontrent l'existence d'une trace neurale de la valence spontanée ou apprise des odeurs, exprimée le long de l'axe antéro-postérieur du BO, révélant une nouvelle régionalisation fonctionnelle du BOThe first dimension of human olfactory perception is the pleasantness of smells. Numerous studies suggest that olfactory preferences are strongly modulated by experience, culture and context. However, recent evidences suggest that olfactory hedonics could be also partly driven by the physico-chemical features of the odorant molecule. The objective of this work was first to identify the odorant’s physico-chemical parameters determining odor hedonic valence. Second, we studied how the first olfactory cerebral relay, the olfactory bulb (OB), encodes spontaneous or learned odor hedonic valence. In a first part, we looked at the effect of the structural complexity of odorant molecules on human olfactory perception and found that this parameter can influence both the odorant’s perceptual complexity (number of olfactory notes evoked) and its hedonic valence. This suggests that the human olfactory system is able to encode odorant hedonic valence from the molecule itself. In a second part, taking advantage of the highly conserved olfactory system in mammals and the shared olfactory preferences between mice and human, we analyzed the OB response to attractive (complex) or less attractive (less complex) odorants by mapping the expression of the immediate early genes Zif268 and cFos. Results indicated a stronger activity in the posterior OB for the low compared to the high attractiveness odors. In a last part, we examined the plasticity of the odorant bulbar representation when the predictive value of the odorant changes. We first modulated the valence of an odorant using an appetitive or an aversive learning in mice and measured the OB response to this odorant depending on its acquired positive or negative valence. We found that, when the same odorant goes from positive to negative valence, the responsiveness of granule interneurons in the posterior part of the OB was dramatically decreased. This indicated that the anteroposterior distribution of activation conveys information regarding the acquired valence of the odorants. Because the OB undergoes a constant neuronal turnover during adulthood, which has been implicated in associative memory, we also looked at the effect of valence modulation on neurogenesis. Interestingly, neurogenesis was involved in this process since the activity of newborn granule cells present in the posterior OB was also decreased in response to the negatively-reinforced odorant. Interestingly, the two last parts of this work suggest a plasticity of the neural representation of hedonic value along the antero-posterior axis depending on the spontaneous versus acquired preference. Altogether, these results show first that molecular complexity is an important factor determining odor hedonic valence in humans and mice. Second, they show an early neural trace of spontaneous and learned hedonic valence which is expressed along the anteroposterior axis of the OB. The latter data reveal an early coding of hedonics in the OB and a yet unknown antero-posterior functional regionalization of the O