Neural bases of odor hedonic value and its alterations during aging

Les informations sensorielles que nous percevons suscitent des réponses émotionnelles qui guident notre comportement d’approche ou de retrait, c’est le reflet de ce que l'on appelle la valeur hédonique du stimulus sensoriel. La dimension hédonique est un paramètre dominant de la perception olfactive. En effet, notre première réaction face à une odeur est en général "j’aime" ou "je n’aime pas" avant même d’essayer de l’identifier. Il est bien établi que la valeur hédonique des odorants possède une composante innée mais elle peut être également modifiée par un certain nombre de paramètres dont le vieillissement. L’altération par l’âge de la valeur hédonique des odorants n’est pas sans conséquence puisqu’elle peut affecter la qualité de vie notamment au niveau de la prise alimentaire. Pendant ma thèse, je me suis intéressée aux mécanismes neuronaux sous-tendant l’attraction induite par les odorants plaisants et à leurs altérations lors du vieillissement. L’équipe a mis en évidence dans une précédente étude que les odorants plaisants étaient représentés dans la région postérieure du bulbe olfactif, premier relai cortical de l’information olfactive. Ces données soulèvent la question de comment l’information hédonique présente dans le bulbe olfactif est traitée par le reste du cerveau pour générer un comportement d’attraction. Comme les comportements motivés sont connus pour être sous-tendus par système de récompense, nous avons recherché dans une première étude le rôle de ce circuit dans l’attraction olfactive. Nous avons tout d’abord mis en évidence que l’activation optogénétique du bulbe olfactif postérieur induit un comportement d’autostimulation intracérébrale accompagné d’une activation neurale de l’aire tegmentale ventrale et du tubercule olfactif, révélant la capacité de cette région à recruter le système de récompense. Le tubercule olfactif fait partie du striatum ventral et est donc au carrefour entre le système olfactif et celui de la récompense. Par la technique d’iDISCO, nous avons montré que le bulbe olfactif postérieur projette préférentiellement vers le tubercule olfactif. De plus, nous avons révélé que les odorants attractifs activent de façon spécifique le tubercule olfactif et induisent une préférence de place conditionnée sous contrôle du système dopaminergique. La mise en évidence du pouvoir récompensant de certains odorants avec une implication forte du tubercule olfactif a pu être étendue à l’Homme grâce à des expériences menées en living lab et à l’IRMf. Dans une deuxième étude, je me suis intéressée à l’impact de l’âge sur la perception des odeurs plaisantes et aux bases neurales qui la sous-tendent. Nous avons montré qu’en accord avec des études précédemment menées chez l’Homme, le caractère plaisant de certains odorants s’altère au cours du vieillissement chez la souris. En effet, certains odorants restent encore attractifs et activent toujours le bulbe olfactif postérieur et le tubercule olfactif alors que ce pattern neural n’est plus observé pour les odorants qui ont perdu leur pouvoir attractif. De plus, l’activation optogénétique du bulbe olfactif postérieur chez la souris âgée est capable d’induire un comportement d’autostimulation intracérébrale mais de façon moins robuste que chez la jeune puisque les animaux âgés ont besoin de plus d’essais pour se conditionner et que l’extinction est plus rapide. Enfin, ce conditionnement est accompagné d’une activation du tubercule olfactif, sans activation de l’aire tegmentale ventrale, révélant un recrutement seulement partiel du système de récompense. Ainsi, lors de ma thèse, j’ai pu mettre en évidence l’existence d’une voie d’entrée directe et privilégiée entre le système olfactif et celui de la récompense conférant à certaines odeurs un effet récompensant qui pourrait expliquer leur fort pouvoir attractif. De plus, j’ai montré une altération de cette voie qui pourrait être à l’origine de l’anhédonie olfactive sélective constatée au cours du vieillissement.Sensory information elicits emotional responses that drive our approach or withdrawal behavior, reflecting the hedonic value of the sensory stimulus. The hedonic value is a dominant parameter of olfactory perception. Indeed, our first reaction to an odor is generally "I like" or "I don't like" before we even try to identify it. It is well established that the hedonic value of an odorant has an innate component but it can also be modified by a large number of parameters including aging. The age-related alteration of odor hedonics is not without consequence since it can profoundly affect the quality of life by modifying social interactions or food intake. During my thesis, I investigated the neural mechanisms underlying the attraction induced by pleasant odorants and their alterations during aging. In a previous study, the group showed that pleasant odorants are represented in the posterior part of the olfactory bulb, the first cortical relay of olfactory information. These data raise the question of how the hedonic information present in the olfactory bulb is processed by the rest of the brain to generate an attractive behavior. As motivated behaviors are known to rely on the reward system, we have investigated in a first study the role of this circuit in the attraction induced by pleasant odors. We first demonstrated that optogenetic activation of the posterior olfactory bulb induces an intracranial self-stimulation behavior, revealing the capacity of this region to recruit the reward system. This conditioning is accompanied by neural activation of the ventral tegmental area and the olfactory tubercle. This last structure is particularly interesting since it is part of the ventral striatum, which gives it the particularity of being at the crossroads between the olfactory system and the reward system. Using the iDISCO technic, we have shown that the posterior olfactory bulb projects preferentially towards the olfactory tubercle. Furthermore, we revealed that attractive odorants specifically activate the olfactory tubercle and induce a conditioned place preference under control of the dopaminergic transmission. The evidence of a rewarding power of some odorants with a strong involvement of the olfactory tubercle could be extended to humans. Indeed, thanks to experiments conducted in living labs and fMRI, we show that attractive odorants induce conditioned place preference and an increase of the BOLD signal specifically at the olfactory tubercle. In a second study, I investigated the impact of aging on the perception of pleasant odors and the neural bases underlying it. We showed that, in accordance with previous studies in humans, the pleasantness of some odorants is altered during aging in mice. We have also shown that some odorants remain attractive and still activate the posterior olfactory bulb and the olfactory tubercle, whereas this neural pattern are no longer observed for odorants that have lost their attractive power. Moreover, we revealed that optogenetic activation of the posterior olfactory bulb in elderly mice is able to induce intracranial self-stimulation behavior but less robustly than in young adult, since elderly animals require more trials to condition themselves and extinction is faster. Finally, this conditioning is accompanied by neural activation of the olfactory tubercle, without activation of the ventral tegmental area, revealing only partial recruitment of the reward system. Thus, during my thesis, I demonstrated the existence of a direct and privileged pathway between the olfactory system and the reward system conferring to some odorants a rewarding effect that could explain their strong attractive power. In addition, I showed that an alteration of this pathway could be at the origin of the selective olfactory anhedonia observed during aging