Les circuits cérébraux pour la locomotion ont évolué bien avant les appendices et les squelettes

Rapportée dans le Journal of Neuroscience, l’étude suggère que, plutôt que de développer un ensemble entièrement nouveau de circuits neuronaux pour régir le mouvement des parties du corps segmentées, les insectes, les crustacés et même les vertébrés comme les mammifères ont adapté un réseau de neurones, un module, qui la locomotion et la posture guidées dans des organismes beaucoup plus simples.

“Les limaces de mer peuvent encore avoir ce module, un petit réseau de neurones appelé” cluster A “, avec 23 neurones identifiés à ce jour”, a déclaré Rhanor Gillette, professeur de physiologie moléculaire et intégrative à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, qui a dirigé la nouvelle recherche. .

“La question que nous avons abordée dans cette étude est de savoir si les similitudes que nous voyons entre les limaces de mer et des créatures plus complexes ont évolué indépendamment ou si celles avec des parties du corps et des appendices segmentés peuvent avoir hérité de leurs circuits neuronaux sous-jacents d’un ancêtre commun bilatéral au corps mou”, il a dit.

Pour répondre à cette question, Gillette et ses collègues, les anciens étudiants diplômés Colin Lee et Jeffrey Brown, ont filmé les mouvements des limaces de mer et ont combiné ces données avec des réponses enregistrées à la stimulation des nerfs et des neurones spécifiques dans le cerveau de la limace de mer.

“La limace de mer prédatrice que nous avons étudiée, Pleurobranchea californicautilise des cils sur son pied pour ramper, pagayant à travers le mucus sécrété », a déclaré Gillette. « Pour un virage postural vers ou loin d’un stimulus, il raccourcit simplement un côté de son corps et échappe aux autres prédateurs avec une nage frénétique et oscillante – – le tout piloté par le cluster A.”

Des études antérieures du laboratoire de Gillette ont montré que Pleurobranches effectue des calculs coûts-avantages chaque fois qu’il rencontre une autre créature dans la nature. S’il a très faim, les neurones qui contrôlent son attaque et son comportement alimentaire sont dans un état d’excitation accru et il ira après presque tout ce qui sent la nourriture. Dans d’autres circonstances, il ne fera rien ou même évitera activement le stimulus.

“C’est une bonne idée s’il n’a pas besoin de nourriture et peut éviter d’autres cannibales Pleurobranches attiré par elle », a déclaré Gillete.« Tous ces comportements impliquent la façon dont le cluster A se coordonne avec les choix d’action.

Chez les mammifères, un module spécial du cerveau postérieur appelé système réticulaire traduit des instructions spécifiques pour les choix d’action des régions cérébrales supérieures pour la posture et la locomotion, a déclaré Gillette. Cette région envoie ensuite les commandes motrices à la moelle épinière pour une transmission finale aux muscles.

“En particulier, le système réticulaire s’appuie sur des neurones producteurs de sérotonine critiques pour contrôler les mouvements du corps dans la posture et la locomotion”, a-t-il déclaré. “Dans la nouvelle étude, nous constatons que des neurones producteurs de sérotonine similaires dans le groupe A des limaces de mer sont à l’origine de comportements tels que la poursuite, l’évitement et la fuite.

“Dans leur simplicité relative, les limaces de mer ressemblent à bien des égards à l’ancêtre plus simple attendu des animaux complexes d’aujourd’hui”, a déclaré Gillette. “Tous les principaux modules de circuit de choix d’action, traduisant ce choix en commandes motrices, et la génération de modèles moteurs trouvés dans les systèmes nerveux d’animaux complexes sont également identifiables dans les limaces de mer à corps mou plus simples.”

L’étude offre la première preuve que les circuits conduisant la locomotion chez les animaux avec des corps et des comportements complexes “ont des analogies fonctionnelles étroites dans les mollusques gastéropodes plus simples et peuvent partager un héritage commun”, a déclaré Gillette.