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2. Localisation des aires olfactives et gustatives

Les images fonctionnelles des sujets 13151 et 13152 sont issues d’une étude d’IRM fonctionnelle qui permet de préciser la représentation cérébrale de la perception olfactive chez l’homme en réponse à des stimulations rétronasales grâce à des stimuli odorants délivrés dans des solutions aqueuses par voie buccale.

 

  • Origine des images :

Barbara Cerf-Ducastel and Claire Murphy
San Diego State University and the University of California
6363 Alvarado Court, Suite 101, San Diego, CA 92120-4913, USA.

 

  • Publication source :

Barbara Cerf-Ducastel and Claire Murphy (2001). fMRI Activation in Response to Odorants Orally Delivered in Aqueous Solutions. Chemical Senses, 26: 625-637.

Télécharger la publication au format .pdf.

 

  • Paradigme de construction des images fonctionnelles :

Les stimuli olfactifs présents au niveau de la cavité buccale sont perçus grâce à la voie olfactive dite rétronasale.
Cette étude portait sur 6 adultes, trois femmes et trois hommes, âgés de 23 à 35 ans ayant une perception olfactive normale. Dans un premier temps, des images cérébrales anatomiques individuelles ont été acquises. Pour chaque sujet, six séquences d’acquisition d’images fonctionnelles, d’une durée de 5 minutes chacune, ont été réalisées avec protocole expérimental suivant :

- 3 séquences d’acquisition fonctionnelle ont été réalisées avec un premier stimulus odorant (stimulus 1) et
- 3 séquences d’acquisition fonctionnelle ont été réalisées avec un autre stimulus (stimuls 2).

Deux stimuli olfactifs ont donc été utilisés : une solution aqueuse contenant 0,01% de citral (odeur de citron, stimulus 1) et une autre solution aqueuse contenant 0,02% d’éthyl butyrate (odeur de fruits, stimulus 2). Ils ont été administrés sous forme aqueuse par injection automatique toutes les trois secondes dans la cavité buccale.
Chaque séquence d’acquisition commençait par 12 secondes avec administration d’eau puis se poursuivait par trois cycles ON-OFF alternant administration du liquide odorant (pendant 18 secondes) et administration d’eau (pendant 75 secondes).
L’évaluation psychophysiologique (tests de perception), réalisée en parallèle pour chaque condition, confirme que les stimuli utilisés agissent effectivement comme des stimuli olfactifs purs.

 

Les images fonctionnelles individuelles correspondent à des images statistiques de corrélation entre le signal IRM des voxels et les profils psycho-physiologiques de perception de chaque sujet, dans chaque condition (témoin –eau-, citral, ethyl-butyrate). Ont été considérés comme spécifiquement activés les voxels pour lesquels le cœfficient de corrélation est supérieur au seuil de 0,42 (p=0,001) et faisant partie d’une paire de voxels contigus activés. Une étude moyenne pour les 6 sujets a également été réalisée. L’image anatomique moyenne a été construite après normalisation spatiale des différentes images anatomiques individuelles.
Dans les images fonctionnelles chaque voxel représente un pourcentage de changement entre les conditions ON (témoin) et OFF (stimulus odorant), pour les deux stimuli olfactifs. Ont été retenus comme activés les voxels statistiquement différents entre chaque condition (test T, p<0,0125 appliqué sur les pourcentages de changement) et faisant partie d’une paire de voxels contigus activés. Les données présentées ici correspondent aux images anatomiques et fonctionnelles obtenues chez deux sujets (sujets 13151 et 13152), une femme et un homme. La superposition de ces images fonctionnelles correspondant, pour chaque sujet, à la stimulation avec un liquide odorant CITRON (IRMsujet13151fontionOlfactionCitron et IRMsujet13152fontionOlfactionCitron) ou à la stimulation avec un liquide odorant FRUIT (IRMsujet13151fontionOlfactionFruits et IRMsujet13152fontionOlfactionFruits), sur les images anatomiques correspondantes (IRMsujet13151anat et IRMsujet13152anat) permet de visualiser les territoires cérébraux impliqués dans la perception olfactive.

 

  • Exploitation pédagogique : localisation des aires olfactives et gustatives.

Seuils de visualisation sous EduAnatomist :

- IRMsujet13151fontionOlfactionCitron : inf = 20 et sup = 100
- IRMsujet13151fontionOlfactionFruits: inf = 20 et sup = 100
- IRMsujet13152fontionOlfactionCitron: inf = 20 et sup = 100
- IRMsujet13152fontionOlfactionFruits: inf = 20 et sup = 100
 

Ces données permettent de visualiser les différentes aires impliquées dans l’olfaction et montre la co-activation de ces aires dans la représentation cérébrale de la sensation olfactive.
Par ailleurs la comparaison des données pour deux sujets différents permet de montrer que, bien que les aires impliquées soient semblables pour les différents sujets, elles ne sont pas identiques. C’est une illustration de la variabilité interindividuelle.


Ces données permettent de préciser que les principales régions cérébrales impliquées dans l’olfaction sont :

- les aires olfactives primaires (ces régions reçoivent des projections directes depuis le bulbe olfactif) dont : le cortex piriforme, l’amygdale et le cortex enthorinal (partie postérieure : gyrus parahippocampique)
- les autres aires olfactives (en connexion avec les précédentes) dont : l’hippocampe, le cortex orbito-frontal, l’insula, le gyrus cingulaire et le cervelet.
 

 Pour localiser ces régions on peut également se référer aux planches de résultats extraites de la publication source :

- Figure 1 :  en ce qui concerne les données moyennes (6 sujets)
- Figure 2 :  en ce qui concerne un exemple de données individuelles

 

Figure 1 : localisation des aires olfactives, données moyennes (6 sujets)

 

ResultatIRMmoyenne1315fontionOlfaction

 Activation corticale pour un groupe de 6 sujets en réponse à une stimulation olfactive rétronasale. Les données individuelles ont été transformées en coordonnées de Talairach grâce à un algorithme AFNI. Ont été retenus comme activés les voxels statistiquement différents entre chaque condition (test T, p<0,0125 appliqué sur les pourcentages de changement) et faisant partie d’une paire de voxels contigus activés. Des exemples d'activation sont donnés en vue coronale (haut) et axiale (bas) pour : le cortex piriforme droit, l'amygdale droite, le cortex orbitofrontal droit et gauche, l'hippocampe gauche et l'insula droite et gauche.

ATTENTION : Les images sont présentées en convention radiologique (hémisphère droit à gauche et hémisphère gauche à droite), contrairement aux images proposées dans EduAnatomist qui sont en convention neurologique.

 

Figure 2 : Localisation des aires olfactives, exemples de données individuelles

 

ResultatIRMsujet13151fontionOlfaction

 Images individuelles d'activation en réponse à une stimulation olfactive rétronasale. Les activations ont été corrélées aux profils psychophysiologiques de perception de chaque individu pour chaque stimulus. Ont été considérés comme spécifiquement activés les voxels pour lesquels le cœfficient de corrélation est supérieur au seuil de 0,42 (p=0,001) et faisant partie d’une paire de voxels contigus activés. Les images ont été normalisées pour correspondre aux coordonnées de Talairach grâce à un algorithme AFNI. Les images sont montrés dans le plan coronal (haut) et axial (bas). Les 3 lettres capitales correspondent au code donné pour chaque sujet. Des exemples d'activation sont montrés dans le cortex piriforme gauche, le cortex entorhinal gauche, l'hippocampe droit, le cortex orbitofrontal gauche et droit, et l'insula gauche.

ATTENTION : Les images sont présentées en convention radiologique (hémisphère droit à gauche et hémisphère gauche à droite), contrairement aux images proposées dans EduAnatomist qui sont en convention neurologique.

 

Enfin la figure 3 ci-dessous est un schéma qui représente la localisation cérébrale des principales aires impliquées dans la sensibilité olfactive.

 

Figure 3 : principales aires impliquées dans la sensibilité olfactive

 

SchemaAiresOlfaction1315

 Schématisation des principales aires activées en réponse à une stimulation olfactive rétronasale. Les régions impliquées sont : le cortex piriforme, le gyrus entorhinal et parahippocampique, l'amygdale, l'hippocampe, le cortex orbitofrontal, le gyrus cingulaire et le cervelet.

 

L’étude dont sont tirées ces images confirme que les régions spécifiquement activées en réponse à des stimulations retronasales grâce à des odorants délivrés dans des solutions aqueuses au niveau de la bouche sont les mêmes régions que celles activées après stimulation olfactive utilisant des airs odorants (voie orthonasale), telles qu’elles ont été mises en évidence dans des études antérieures.
Elle valide la faisabilité d’un modèle de stimulation du système olfactif par voie rétronasale grâce à l’application de liquides délivrés dans la cavité buccale. L’administration, classiquement utilisée dans les protocoles sur la perception olfactive, d’odeurs (aero spray) ne permet en effet pas de cibler spécifiquement la perception assurée par les voies retronasales.
 

Cette étude permet de préciser certains aspects de la complexité de la perception olfactive et gustative.
Au cours de la prise alimentaire la perception des saveurs résulte de la stimulation simultanée des systèmes :

- gustatif (chemorécepteurs, bourgeons du goût regroupés en pailles situées à la surface de la langue)
- olfactif (chémorecepteurs de l’épithélium olfactif avec une distinction entre les voies orthonasale et retronasale)
- trigéminal (chemorécepteurs, thermorécepteurs et mécanorécepteurs situés au niveau de la langue et de l’épithélium nasal, appartenant au système somatosensoriel)

Les stimulations olfactives rétronasales sont souvent interprétées comme la perception d’un goût. Il existe donc une confusion sensorielle entre olfaction et gustation. La perception de la saveur des aliments est un excellent exemple des interactions entre différentes modalités sensorielles (cross modalités).
 

 

  • Caractéristiques techniques :

Images anatomiques : MPRAGE, 180 coupes sagitales, FOV 256, épaisseur :1 mm, résolution 1 x 1 x 1 mm3, TR 11.4 s, TE 4.4 ms, flip angle 10°.
Images fonctionnelles : six séquences fonctionnelles de 5 min réalisées avec une séquence echo planar (32 coupes sagitalesl, FOV 256, résolution 4 x 4 x 4 mm3, TR 4 s, TE 40 ms, flip angle 90°).
 

 

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