Des cellules nerveuses spécialisées dans le système visuel du poisson zèbre permettent la reconnaissance des congénères
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Les humains sont des animaux notoirement sociaux. Mais ils ne sont pas les seuls à avoir tendance à faire équipe avec d’autres individus de la même espèce (conspécifiques) pour atteindre leurs objectifs. En fait, des troupeaux de mammifères, des volées d’oiseaux ou des bancs de poissons sont abondamment observés dans la nature. Comment le cerveau d’un animal reconnaît-il les autres animaux de son espèce ? Des scientifiques de l’Institut Max Planck pour l’intelligence biologique, en fondation, étudient ce processus chez de jeunes poissons zèbres. Ils ont maintenant découvert un circuit neuronal qui médiatise l’attraction sociale. Cette voie spécialisée, qui va de la rétine profondément dans le cerveau, permet au poisson zèbre de détecter et d’approcher ses congénères proches.
Les humains et de nombreux autres animaux vivent en société. À un niveau fondamental, les interactions sociales exigent que les individus identifient les autres comme appartenant à leur propre espèce. Cela se produit généralement en quelques fractions de seconde, souvent instinctivement. Dévoiler les circuits neuronaux qui sous-tendent ce comportement est cependant tout sauf trivial.
“Il y a un défi inhérent à l’étude des interactions sociales : pour nous, en tant qu’observateurs, les actions et les réactions sont entremêlées, à la fois dans le comportement animal et au niveau neuronal”, explique Johannes Larsch, chef de projet dans le département d’Herwig Baier. “C’est parce que les individus prenant part à ces interactions s’influencent mutuellement. Tous deux sont, à la fois, émetteurs et récepteurs de signaux sociaux. Il a été particulièrement difficile d’étudier le rôle du système visuel et de ses zones cérébrales associées.”
Stimulus visuel pour le comportement de haut-fond
L’équipe de Johannes Larsch a néanmoins trouvé un moyen d’élucider l’importance du système visuel dans les interactions sociales. Les scientifiques ont développé une configuration expérimentale de réalité virtuelle pour les larves de poisson zèbre qui simule des congénères. Tout ce qui est nécessaire est un point projeté sur un écran, qui – et c’est important – se déplace sur l’écran avec un mouvement saccadé qui est stéréotypé du poisson zèbre nageant. Les animaux ne peuvent pas résister à ce signal : ils le suivent pendant des heures, confondant apparemment le point mobile avec un vrai congénère. Les chercheurs avaient ainsi découvert un stimulus visuel défini qui déclenche le comportement de shoaling.
L’équipe pourrait maintenant étudier le traitement neuronal du stimulus. Pour ce faire, ils ont étendu leur configuration de réalité virtuelle leur permettant de mesurer simultanément l’activité dans le cerveau des poissons. Les expériences ont révélé qu’un point en mouvement active un ensemble spécifique de neurones dans une région du cerveau connue sous le nom de thalamus. La même zone du thalamus est activée lorsqu’une autre larve de poisson zèbre nage à proximité.
“Le thalamus est un centre de contrôle sensoriel du cerveau qui intègre et relaie les entrées sensorielles”, explique Johannes Larsch. Les informations sensorielles sont traitées sur leur chemin vers le thalamus, d’abord dans la rétine puis dans le tectum, un centre visuel majeur du cerveau des vertébrés. Au moment où l’information arrive dans le thalamus, elle a déjà été filtrée pour les signaux sociaux, tels que les mouvements saccadés d’un congénère potentiel.
Connexion entre le système visuel et les régions pour le comportement social
Les cellules nerveuses identifiées par les chercheurs dans cette région relient le système visuel du poisson zèbre à d’autres régions cérébrales actives lors du comportement social. « Nous savions déjà que ces autres régions du cerveau jouaient un rôle dans le contrôle du comportement social. Cependant, les stimuli visuels qui les activent étaient inconnus. Notre travail a comblé ce manque de connaissances et a révélé les voies neuronales qui transmettent les signaux », explique Larsch.
L’importance des neurones nouvellement identifiés a été confirmée lorsque les chercheurs ont spécifiquement bloqué la fonction de ces cellules. Les larves de poisson zèbre ont perdu leur intérêt pour les congénères ainsi que pour les points mobiles et ne les suivaient presque plus. “Les neurones que nous avons découverts régulent ainsi l’approche sociale et l’affiliation chez le poisson zèbre”, explique Johannes Kappel, étudiant diplômé et auteur principal de l’étude. “Les humains possèdent également un thalamus et de nombreux processus neuronaux ont été conservés au cours de l’évolution. Nous avons également des régions cérébrales qui sont actives lorsque nous percevons des mouvements faciaux ou corporels, mais l’importance de ces régions pour le comportement social n’a pas été explorée.”
L’étude de Kappel, Larsch, Baier et leurs collaborateurs a mis en lumière une partie du cerveau dont l’activation fournit la “colle” élémentaire pour la liaison de deux poissons zèbres. Collectivement, ces interactions à petite échelle créent des bancs de poissons. Le comportement social est piloté par des réseaux de cerveaux, qui sont eux-mêmes des réseaux de neurones. Conclut Baier : “Les découvertes neurobiologiques, telles que les nôtres, peuvent peut-être inspirer et enrichir la réflexion sur l’auto-organisation des sociétés animales en général, qui est actuellement le domaine d’autres disciplines scientifiques.”
Source de l’histoire :
Matériaux fourni par Max-Planck-Gesellschaft. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
