Le sens de l'odorat est un sens unique du point de vue cérébral. C'est notre lien le plus direct avec le monde extérieur et il a peu changé au cours de l'évolution. Les signaux provenant du toucher, de la vue, de l'ouïe et du goût passent d'abord par une région du cerveau appelée le thalamus avant d'atteindre leurs zones spécifiques dans le cortex. En revanche, lorsque vous sentez quelque chose de plaisant, comme des croissants frais sortis du four, ou quelque chose de désagréable, comme du toast brûlé, les signaux issus des molécules odorantes se dirigent directement vers le cortex olfactif du cerveau sans passer par le thalamus. Cette connexion directe est particulière, et du point de vue évolutif, le sens de l'odorat est une manière très ancienne d'apprendre à connaître notre environnement. Le sens de l'odorat est répandu chez les animaux, ce qui signifie que nous pouvons comparer les cerveaux des animaux afin d'apprendre davantage sur l'origine de notre propre cerveau. Lorsque nous pensons au cerveau, nous pensons généralement au néocortex. C'est la partie du cerveau qui a beaucoup évolué chez l'humain et chez les primates. On considère qu'il est essentiel pour comprendre des caractéristiques "avancées" telles que la conscience, l'intelligence ou le langage. Le néocortex est présent chez tous les mammifères, tels que les souris, les chiens et les humains, mais pas chez les reptiles ou les amphibiens. Donc, d'où vient le néocortex ? Comment s'est-il évolué ? Pour les scientifiques, c'est un puzzle comportant de nombreuses pièces connues et de nombreuses pièces manquantes. L'une de ces pièces manquantes est que le néocortex semble très différent des cerveaux des lézards et des salamandres, ce qui rend la comparaison directe difficile. Cependant, les humains et les souris possèdent d'autres parties du cerveau qui sont plus faciles à comparer avec celles des lézards et des salamandres, telles que le cortex olfactif. En collaboration avec Sara Zeppilli, Alexander Fleischmann (Université Brown, États-Unis) et d'autres chercheurs, une équipe a travaillé à ajouter une pièce à ce puzzle en comparant les neurones du cortex olfactif de la souris, ceux de son néocortex, et ceux des cerveaux de reptiles et d'amphibiens. L'analyse des neurones au niveau moléculaire est une méthode puissante pour mieux comprendre le cerveau. Les technologies expérimentales ont considérablement progressé ces dernières années, permettant aux scientifiques de déterminer systématiquement les niveaux d'expression de tous les gènes pour chaque cellule d'un tissu donné. Le niveau d'expression d'un gène indique à quel point il est nécessaire dans une cellule donnée. Par exemple, chez la souris, chaque cellule possède l'ensemble des gènes, mais seulement un sous-ensemble est nécessaire pour que la cellule puisse accomplir sa fonction. Cette information aide les scientifiques à comprendre l'état de la cellule, les décisions qu'elle a prises ou les fonctions moléculaires qu'elle effectue. En examinant les neurones du cortex olfactif, les chercheurs ont constaté que, de nombreuses façons, le cortex olfactif ressemblait à d'autres zones corticales mais présentait certaines différences marquées. En se concentrant sur les neurones, ils ont identifié les types de cellules habituels trouvés dans le cortex de la souris, tels que différents types de neurones excitatoires et inhibiteurs. En examinant ces neurones, ils ont découvert que les types de neurones excitatoires changent plus progressivement d'un type à un autre dans le cortex olfactif que dans le néocortex. Les types de cellules neuronales olfactives semblent former des gradients d'expression génique lisses, alors que les types de neurones du néocortex sont plus clairement distincts et présentent des changements plus abrupts dans leur expression. Cette découverte a conduit à une question évolutive importante : les neurones du cortex olfactif sont-ils plus proches des autres régions cérébrales de la souris ou ressemblent-ils davantage aux neurones d'autres espèces non mammifères ? La réponse s'est révélée surprenante. Les types de neurones du cortex olfactif de la souris ressemblent davantage à ceux des lézards ou des salamandres qu'aux neurones du néocortex de la souris. Cela est remarquable, car pendant 200 millions d'années, les neurones du cortex olfactif de la souris ont évolué en parallèle avec ceux du néocortex de la souris. L'équipe a également découvert un grand nombre de types de neurones immatures dans le cortex olfactif de la souris adulte. En utilisant l'apprentissage automatique, ils ont prédit que ces neurones immatures sont destinés à devenir des neurones excitatoires au cours de la vie de la souris. Ils ont hypothéqué que ces neurones jouent un rôle dans la plasticité cérébrale, aidant les souris à adapter leurs circuits neuronaux aux changements de leur environnement. Par exemple, ils pourraient aider les souris à détecter de nouveaux odeurs. En comparant les résultats obtenus à partir des souris de laboratoire vivant dans un environnement monotone avec ceux des souris sauvages vivant dans un environnement plus dynamique, ils ont constaté que les principales différences entre les deux groupes au niveau du cortex olfactif portaient sur les neurones excitatoires. En combinant ces résultats, le cortex olfactif de la souris semble avoir conservé trois caractéristiques moléculaires ancestrales : des changements progressifs dans l'expression génique entre les neurones excitatoires, une similitude marquée avec des espèces éloignées sur le plan évolutif, et une plasticité cellulaire accrue en raison de la présence d'un pool de neurones immatures. Cette étude fournit une ressource précieuse pour les chercheurs intéressés par l'olfaction, l'évolution du cerveau et les décisions cellulaires. Pour les chercheurs, il s'agit d'une étude fondamentale sur laquelle ils construisent de nouveaux projets, tels qu'une étude visant à comprendre comment les cellules du cortex olfactif modifient leur expression génique en réponse à l'apprentissage d'un nouveau parfum. À travers le sens de l'odorat, ils ont ajouté une pièce au puzzle qui constitue l'évolution du cerveau.