Des scientifiques identifient un circuit neuronal qui permet l’auto-localisation chez le poisson zèbre

“Nous avons étudié un comportement dans lequel les larves de poisson zèbre doivent se souvenir des déplacements passés pour maintenir avec précision leur emplacement dans l’espace car, par exemple, le débit d’eau peut les entraîner dans des zones dangereuses de leur environnement naturel”, explique l’auteur principal Misha Ahrens du Janelia Research Campus, Institut médical Howard Hughes. “Pourtant, on ne sait pas s’ils suivent explicitement leur emplacement sur de longues périodes et utilisent des informations de position mémorisées pour revenir à leur emplacement antérieur – un comportement que nous appelons homéostasie positionnelle. De telles capacités peuvent être éthologiquement critiques car les larves de poisson zèbre nagent par intermittence et sont déplacées par les courants. pendant le repos.”

De nombreux animaux gardent une trace de leur position dans leur environnement. Ils utilisent les informations d’auto-localisation pour de nombreux comportements importants, tels que retourner efficacement dans des endroits sûrs après avoir visité des zones inconnues et potentiellement dangereuses, revisiter des zones riches en nourriture et éviter de chercher de la nourriture dans des zones pauvres en nourriture. Alors que l’auto-localisation est représentée dans la formation hippocampique, on ne sait pas comment ces représentations apparaissent, si elles existent dans des régions cérébrales plus anciennes et par quelles voies elles contrôlent la locomotion.

“De tels circuits ont été difficiles à identifier car les neurosciences reposent généralement sur des enregistrements de cellules dans des régions cérébrales présélectionnées qui couvrent une petite fraction de tous les neurones du cerveau”, déclare le premier auteur En Yang du Janelia Research Campus, Howard Hughes Medical Institute.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont entrepris d’identifier des circuits de navigation complets chez le poisson zèbre larvaire, des intégrateurs de mouvement aux centres prémoteurs, en imaginant et en analysant de manière exhaustive l’ensemble du cerveau à une résolution cellulaire lors d’un comportement qui repose sur l’auto-localisation. L’accès à plus de 100 000 neurones par animal a révélé des régions cérébrales jusque-là inconnues comme étant impliquées dans l’auto-localisation, ce qui a conduit à la découverte d’un circuit multirégional du cerveau postérieur qui induit une transformation de la vitesse, par la mémoire de déplacement, en comportement.

“Nos résultats révèlent un système neuronal pour l’auto-localisation et le comportement associé dans le cerveau postérieur des vertébrés et fournissent une compréhension au niveau du circuit, de la représentation et de la théorie du contrôle de sa fonction. Le système fonctionne en boucle fermée avec des environnements dynamiques, et le La boucle environnement-cerveau-comportement englobe l’intégration, les représentations neuronales de l’auto-localisation et le contrôle moteur “, explique Ahrens. “Ces résultats démontrent la nécessité de considérer les cerveaux au niveau holistique et d’unifier les concepts de neurosciences systémiques – tels que l’auto-localisation et le contrôle moteur – qui sont souvent étudiés séparément.”

L’imagerie fonctionnelle du cerveau entier a révélé non seulement l’existence d’une homéostasie positionnelle chez les larves de poisson zèbre, mais aussi comment le cerveau identifie et corrige les changements dans l’emplacement du poisson zèbre. Le circuit sous-jacent calcule l’auto-localisation dans le tronc cérébral dorsal en intégrant des informations visuelles pour former une mémoire des déplacements passés lorsque l’animal change activement ou passivement son emplacement. Cette représentation d’auto-localisation est lue par l’olive inférieure comme un signal d’erreur de position de longue durée, reflétant la différence entre la position d’origine et la position actuelle du poisson. Ce signal est transformé en sortie locomotrice qui corrige les déplacements accumulés au cours de plusieurs secondes.

Les auteurs disent que ce circuit multirégional a des homologues anatomiques et fonctionnels potentiels chez les mammifères et peut interagir avec d’autres représentations connues de l’auto-localisation. De plus, ce travail relie l’auto-localisation et le contrôle moteur olivocérébelleux et établit le cerveau postérieur des vertébrés en tant que centre de contrôle neuronal pour le comportement de navigation orienté vers un objectif.

“Nos résultats sur la mémoire de localisation et l’homéostasie positionnelle résonnent avec l’idée que les régions cérébrales évolutives anciennes contribuent de manière centrale aux comportements d’ordre supérieur”, déclare Ahrens. “L’idée que les processus cognitifs sont largement distribués dans le système nerveux s’aligne sur la proposition évolutive selon laquelle des comportements complexes ont émergé, en partie, en construisant de nouveaux circuits au-dessus d’anciennes structures cérébrales qui effectuent des calculs connexes. Des enquêtes à l’échelle du cerveau sur l’activité neuronale peuvent donc être critique pour déterminer les mécanismes de la fonction cognitive distribuée.”

Ce travail a été soutenu par le Howard Hughes Medical Institute et par la Simons Foundation.

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Matériel fourni par Presse cellulaire. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.