Brain metabolism and olfaction : a study on olfactory responses and their energy usage in the olfactory bulb of anesthetized rats
Métabolisme cérébral et olfaction : Étude des réponses olfactives et leur consommation d'énergie dans le bulbe olfactif du rat anesthésié
Résumé
The relationship between metabolism of neuronal activity, microvascular organization and blood flow dynamics is critical for interpreting functional brain imaging. Here we used the rat dorsal olfactory bulb as a model to determine in vivo the correlation between action potential propagation, synaptic transmission, oxygen consumption and capillary density during odor stimulation. We find that capillaries are extremely dense in layers of intense synaptic interactions like the glomerular layer while it is very low in the overlying nerve layer, devoid of capillaries. In glomeruli, odor triggers a local early decrease in tissue oxygen partial pressure that results principally from dendritic activation rather than from firing of axon terminals, transmitter release or astrocyte activation. In the nerve layer, action potential propagation does not generate local changes in tissue oxygen partial pressure. We also show that under strong peripheral stimulation, i.e. high odor concentration, glomerular neuronal and metabolic responses are shaped by peripheral adaptation of olfactory sensory neurons. Eventually, we show the importance of oxygen diffusion processes from brain capillaries to neuronal tissue. We characterize how transient changes in blood flow are precisely influencing the oxygen tissue level.
Les techniques modernes d'imagerie fonctionnelle du cerveau utilisent le métabolisme cérébral comme marqueur d'activité neuronale. En effet le cerveau dépend intimement des apports sanguins en métabolites pour son fonctionnement. Cependant les mécanismes de régulation du métabolisme sont encore mal connus. Dans cette étude nous avons utilisé le modèle du bulbe olfactif chez le rat anesthésié pour caractériser la consommation d'oxygène en réponse à une stimulation physiologique. La quantification précise de la vascularisation du bulbe olfactif a pu mettre en évidence que la couche glomérulaire, très dense en synapses, est l'une des zones les plus vascularisées du cerveau. Cette couche est aussi le lieu d'une intense consommation d'oxygène lors du traitement de l'information olfactive. Par contraste, la couche du nerf, complètement dénuée d'interactions synaptiques et très peu vascularisée, consomme peu d'oxygène. L'étude pharmacologique de ces réponses métaboliques nous a permis de montrer que le compartiment post-synaptique du glomérule est le siège de cette intense activité métabolique. Cette dernière est aussi dépendante du traitement de l'information olfactive qui est effectué à la fois dans le bulbe olfactif et à la périphérie, dans la cavité nasale. Ceci nous a permis de caractériser l'effet de l'adaptation périphérique sur la consommation d'oxygène et le traitement local de l'information olfactive. Enfin, nous avons décrit en détail l'importance des phénomènes de diffusion au niveau du réseau microvasculaire dans le rééquilibrage transitoire du taux d'oxygène local.
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