Comment l’odorat nous aide à comprendre l’origine et l’évolution de notre cerveau

L’odorat est le seul de nos cinq sens à ne pas transiter par le thalamus, une région cérébrale intermédiaire qui relaie les informations sensorielles vers le cortex. Lorsque vous percevez une odeur, les signaux olfactifs atteignent directement le cortex olfactif sans passer par le thalamus. Cette particularité en fait un lien unique avec le monde extérieur, car l’odorat repose sur la détection de molécules chimiques présentes dans l’environnement. D’un point de vue évolutif, cette capacité est très ancienne et largement répandue chez les animaux, ce qui permet aux scientifiques de comparer les cerveaux de différentes espèces pour étudier l’origine de notre propre cerveau. Par exemple, les reptiles comme les lézards ou les amphibiens comme les salamandres possèdent un système olfactif similaire au nôtre, ce qui suggère que cette structure cérébrale a peu évolué depuis des centaines de millions d’années.

Le néocortex est la partie du cerveau associée à des fonctions avancées comme la conscience, le langage ou la pensée complexe. Il est présent chez tous les mammifères, mais absent chez les reptiles ou les amphibiens. À l’inverse, le cortex olfactif, dédié à l’interprétation des odeurs, est présent chez tous les vertébrés, y compris les espèces non mammifères. Cette différence rend le cortex olfactif plus facile à comparer entre espèces pour comprendre l’évolution du cerveau. Par exemple, les neurones du cortex olfactif d’une souris ressemblent davantage à ceux d’un lézard ou d’une salamandre qu’à ceux du néocortex de la souris elle-même. Cette observation suggère que le cortex olfactif a conservé des caractéristiques ancestrales, tandis que le néocortex a évolué plus récemment.

Pour étudier les neurones, les chercheurs analysent l’expression génique, c’est-à-dire quels gènes sont actifs dans chaque cellule. Chaque cellule d’un organisme possède l’ensemble de son génome, mais seule une partie des gènes est exprimée pour remplir sa fonction. Par exemple, un neurone olfactif n’exprimera pas les mêmes gènes qu’un neurone du néocortex. Grâce à des technologies récentes, les scientifiques peuvent mesurer l’expression de tous les gènes dans chaque cellule. Dans cette étude, les chercheurs ont comparé les neurones du cortex olfactif et du néocortex chez la souris, ainsi que ceux de lézards et de salamandres. Ils ont découvert que les neurones olfactifs de la souris changent plus progressivement leur expression génique que ceux du néocortex, où les changements sont plus brusques.

Les chercheurs ont identifié trois caractéristiques moléculaires ancestrales conservées dans le cortex olfactif de la souris : des changements progressifs dans l’expression génique entre les neurones, une similitude marquée avec des espèces éloignées comme les lézards ou les salamandres, et une plasticité cellulaire accrue grâce à la présence de neurones immatures même chez l’adulte. Ces neurones immatures, prédits par l’apprentissage automatique, pourraient devenir des neurones activateurs et aider le cerveau à s’adapter rapidement à de nouvelles odeurs. Par exemple, des souris sauvages vivant dans un environnement dynamique présentent plus de ces neurones immatures que des souris de laboratoire élevées dans un milieu monotone. Ces découvertes suggèrent que le cortex olfactif a conservé des mécanismes évolutifs anciens pour s’adapter à son environnement.