thesis

142 Oscillations, corrélations et synchronisation
Oscillations et perception olfactive
Le système olfactif permet une reconnaissance fiable des odeurs, malgré la
grande diversité des molécules odorantes et la présence de fluctuations aléatoires
dans la composition moléculaire d’une odeur (Laurent et al. 2002). De plus, une
odeur donnée peut être composée d’un mélange particulier de nombreuses molécules.
Le système olfactif reconnaît ainsi des motifs de composition moléculaires
plutôt que des molécules individuelles. Enfin, la reconnaissance des odeurs est
invariante par rapport à la concentration des molécules : une odeur est plutôt
caractérisée par les rapports relatifs de concentration des différentes molécules
plutôt que par les concentrations absolues (Uchida et Mainen 2007).
Des oscillations ont été observées dans le système olfactif depuis longtemps, que
ce soit chez le mammifère ou chez l’insecte (Adrian 1942, Laurent et Davidowitz
1994). Ainsi, chez le criquet, une odeur donnée induit une séquence dynamique
d’oscillations synchrones, où différentes assemblées de neurones se synchronisent
au fur et à mesure des oscillations. La séquence spécifique de synchronisation
encoderait alors l’odeur présentée (Laurent et Davidowitz 1994). Il a été proposé
des modèles expliquant la mémoire et la reconnaissance des odeurs basés sur la
synchronisation dynamique d’assemblées de neurones (Laurent et al. 2002, Brody
et Hopfield 2003, Brette 2012).
Oscillations et synchronisation dans l’hippocampe
L’hippocampe est une structure du cerveau des mammifères impliquée notamment
dans la navigation spatiale et la mémoire (O’Keefe 1979). Les cellules
de lieu sont des neurones de l’hippocampe qui déchargent spécifiquement lorsque
l’animal se trouve à une position précise dans l’espace (O’Keefe et Dostrovsky
1971, O’Keefe 1979). Ces cellules ont aussi été observées chez l’Homme (Ekstrom
et al. 2003). La décharge des cellules de lieu accompagne les oscillations
theta (O’Keefe et Recce 1993) et joue probablement un rôle dans la mémorisation
spatiale. Mentionnons aussi la découverte surprenante des cellules de grille dans le
cortex entorhinal (Hafting et al. 2005), qui déchargent lorsque l’animal se trouve à
un sommet d’un réseau hexagonal plan. Le point de vue actuel est que les cellules
de lieu et de grille sont à la base d’une représentation neuronale de la navigation
spatiale (Moser et al. 2008).
Précession de phase
Une cellule de lieu décharge lorsque l’animal se trouve à une position spatiale,
déterminée par le champ récepteur de la cellule. La décharge du neurone au cours
du déplacement dans cette zone est caractérisée par une avance progressive de la
phase de la décharge par rapport aux oscillations theta : c’est la précession de
phase (O’Keefe et Recce 1993, Skaggs et al. 1996, Harris et al. 2002). Le même
phénomène est observé dans les cellules de grille (Hafting et al. 2008). La précession
de phase serait à la base d’un codage de phase utilisé pour la navigation
spatiale (Harris et al. 2002, Lisman 2005). Il s’agirait donc d’un exemple où la