Des neuroscientifiques découvrent un mécanisme cérébral qui permet aux souris de s’échapper rapidement vers un refuge


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  • Des chercheurs du Sainsbury Wellcome Center et de l’unité de neurosciences computationnelles Gatsby de l’UCL ont révélé un mécanisme cérébral que les souris utilisent pour s’échapper instinctivement pour se mettre à l’abri lorsqu’elles sont confrontées à une menace. C’est la première fois que les neuroscientifiques ont pu trouver un lien aussi clair entre les objectifs spatiaux et les actions.

    L’étude, publiée aujourd’hui dans La nature, explique comment les souris intègrent la connaissance des emplacements sûrs pour exécuter l’itinéraire le plus efficace vers un abri. Les neuroscientifiques ont découvert que deux zones du cerveau de la souris, le cortex rétrosplénial (RSP) et le colliculus supérieur (SC), forment un circuit qui code la direction vers un abri. Face à une menace, le circuit RSP-SC permet aux souris de s’orienter avec précision vers un abri et de s’échapper en toute sécurité.

    « Si une alarme incendie retentissait en ce moment, vous sauriez instinctivement comment quitter la pièce pour vous mettre en sécurité. C’est parce que votre cerveau garde en permanence une trace de l’endroit où se trouve la sortie à tout moment. Cela se produit inconsciemment, vous n’avez pas à Nous voulions comprendre comment le cerveau utilise des informations spatiales aussi importantes pour naviguer vers un emplacement cible aussi rapidement que possible », a déclaré le professeur Tiago Branco, chef de groupe au Sainsbury Wellcome Center et auteur correspondant de l’article.

    D’après des études antérieures, on savait que ce processus est basé sur la mémoire. Certaines personnes qui ont des lésions dans le RSP sont encore capables de se souvenir d’emplacements familiers, mais elles sont désorientées dans l’espace et perdent la capacité de relier une action à un objectif spatial. Par exemple, ils peuvent savoir où se trouve la porte, mais ils ne savent pas quelles actions entreprendre pour y arriver.

    Pour aider à comprendre comment le cerveau utilise les mémoires spatiales pour guider les actions, le laboratoire Branco a utilisé des électrodes miniatures, appelées sondes Neuropixels, pour enregistrer simultanément à partir de deux régions du cerveau de la souris – le RSP et le SC – alors qu’elles étaient présentées avec un son menaçant .

    « Nous avons constaté que le RSP calcule la direction du refuge, puis envoie ces informations au SC, qui utilise cette direction pour tourner la tête de la souris. Lorsque nous avons perturbé la connexion entre ces deux régions, empêchant le RSP de parler au SC, la souris a couru dans une direction aléatoire lorsqu’ils ont peur. Cela nous indique que le circuit RSP-SC est une voie critique pour savoir où se trouve l’abri et s’y orienter », a expliqué le professeur Branco.

    « Au niveau cellulaire, la connexion entre RSP et SC est câblée de manière intelligente qui lui permet d’exploiter l’organisation locale des neurones inhibiteurs et excitateurs du SC pour injecter la mémoire d’abri dans le SC. Le résultat est que les cellules corticales génèrent un bosse d’activité localisée sur le réseau SC qui ressemble beaucoup à l’aiguille d’une boussole, pointant continuellement vers l’abri pendant que la souris explore l’environnement Des motifs de circuit similaires ont été observés dans divers organismes, des mouches aux poissons, suggérant peut-être un plan conservé pour cartographier la direction à travers le règne animal », a commenté le Dr Dario Campagner, chercheur au Sainsbury Wellcome Center et Gatsby Computational Neuroscience Unit et premier co-auteur de l’article

    Pour tester davantage cette découverte, les neuroscientifiques ont inclus un deuxième abri identique mais avec une entrée fermée. Ils ont constaté que le RSP représente à la fois l’abri fermé et l’abri ouvert, mais que le SC ne représente que l’abri ouvert. Une explication possible est que le RSP représente de nombreux objectifs possibles et que le SC sélectionne celui qui est le plus important pour le contexte particulier, dans ce cas l’abri ouvert qui confère la sécurité.

    « Notre travail montre comment un comportement instinctif rapide en tant qu’évasion anti-prédatrice peut être doté de flexibilité. Alors que la volonté d’évasion est innée, la mise en œuvre de l’évasion repose sur un signal de mémoire spatiale corticale arrivant dans le SC pour indiquer où se trouve l’emplacement du but. Ce signal cartographie l’emplacement de l’abri dans l’espace égocentrique, un format d’information facilement utilisable pour le SC, permettant une mise en œuvre rapide de l’orientation vers l’abri », a déclaré le Dr Ruben Vale, co-auteur principal de l’article.

    La prochaine question pour les chercheurs est de comprendre comment le cerveau met à jour en permanence des informations spatiales importantes. L’équipe émet l’hypothèse que cela implique la combinaison d’indices sensoriels et d’auto-mouvement, tels que les informations vestibulaires. Pour approfondir cette question, les neuroscientifiques des laboratoires Branco et Margrie du SWC mènent des études comparatives sur d’autres espèces, notamment les crabes violonistes qui présentent le même comportement d’évasion que les souris mais qui ont un système nerveux plus simple. Cela permettra aux chercheurs de rechercher des principes communs sur la manière dont les différentes espèces résolvent ce problème très important.

    Cette recherche a été financée par une bourse de recherche Wellcome Senior (214352/Z/18/Z) et par le Sainsbury Wellcome Center Core Grant de la Gatsby Charitable Foundation and Wellcome (090843/F/09/Z), MRC PhD Studentship, Boehringer Ingelheim Fonds PhD Fellowship, Gatsby Unit/SWC Joint Research Fellowship in Neuroscience, UCL Wellcome 4-year PhD Program in Neuroscience, A*STAR National Science Scholarship et SWC PhD Programme.

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