Brain health

Des scientifiques découvrent les secrets de la boussole interne du cerveau


Notre sens de l’orientation est essentiel à notre capacité à naviguer dans le monde qui nous entoure. Il agit comme une boussole interne du cerveau, nous aidant à trouver notre chemin et, tout aussi important, nous incitant à changer de cap lorsque nous nous dirigeons dans la mauvaise direction.

Cependant, malgré des recherches approfondies sur le fonctionnement de la navigation dans le cerveau, les scientifiques ne comprennent toujours pas clairement comment cette boussole interne guide directement le comportement.

Aujourd’hui, une étude sur les mouches des fruits menée par des chercheurs de la Harvard Medical School donne un aperçu de la manière dont deux régions distinctes du cerveau – la boussole et le centre de pilotage – communiquent lors de la navigation.

Les résultats ont été publiés le 7 février nature.

Dans cette étude, les chercheurs ont examiné le cerveau de mouches des fruits qui déviaient de leur trajectoire en courant dans une direction spécifique. Ils ont découvert que trois groupes différents de neurones permettent la communication entre les zones de boussole et de direction du cerveau et travaillent ensemble pour aider la mouche à corriger sa trajectoire. Dans ce processus, les neurones traduisent les signaux de la boussole interne de la mouche en comportement afin qu’elle se déplace dans la bonne direction.

Jusqu’à présent, personne ne savait vraiment quel était le lien entre le sens de l’orientation (un état cognitif interne) et ce que font les animaux dans le monde. “


Rachel Wilson, auteur principal, professeur Joseph B. Martin de recherche fondamentale en neurobiologie, HMS Blavatnik Institute

Malgré leur petite taille, les mouches des fruits ont un cerveau et des comportements complexes ; ces résultats pourraient donc jeter les bases d’études futures sur la manière dont les signaux du cerveau déterminent le comportement d’espèces plus complexes, y compris les humains.

garder le cap

Les humains et autres animaux complexes possèdent une boussole interne composée de cellules cérébrales qui utilise des informations internes et externes pour générer un sens de l’orientation. Chez les mouches des fruits, les scientifiques ont découvert que ces cellules – appelées cellules dirigées vers la tête – sont disposées en cercle, ce qui les rend particulièrement sujettes à l’apprentissage.

Contrairement à ce que suggère leur nom, les mouches des fruits passent plus de temps à marcher qu’à voler. Des recherches antérieures ont montré que lorsque les mouches se déplacent, ces cellules de direction de la tête suivent activement leurs mouvements de rotation, comme tourner à droite ou à gauche.

Dans la nouvelle étude, Wilson et ses collègues voulaient explorer comment cette boussole est fonctionnellement connectée à la zone de direction du cerveau pour comprendre comment elle guide la navigation. Pour ce faire, ils ont utilisé des schémas de câblage existants de chaque connexion neuronale dans le cerveau de la mouche des fruits pour créer des modèles informatiques de la façon dont ces régions sont connectées. Grâce à ce modèle, ils ont pu identifier et prédire la couche de neurones reliant les deux régions.

Pour tester leurs prédictions, les chercheurs ont analysé l’activité des couches de neurones identifiées par le modèle alors que les mouches marchaient dans un environnement de réalité virtuelle. Souvent, les mouches courent droit dans des directions aléatoires, probablement pour échapper à leur environnement. Lorsque leur monde virtuel est tourné pour les faire dévier de leur trajectoire, les mouches corrigent rapidement leur trajectoire. Il est intéressant de noter que ces corrections de trajectoire sont effectuées par trois groupes différents de neurones : deux groupes poussent la mouche à se déplacer à droite ou à gauche, et un groupe signale un tour complet.

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“Vous pouvez considérer ces trois groupes de neurones comme trois sentinelles gardant un château”, a déclaré Wilson. “Chaque sentinelle est chargée de surveiller une direction différente et d’indiquer les corrections nécessaires pour que la mouche continue d’avancer vers son objectif.”

Les résultats expliquent comment les mouches des fruits utilisent leur sens de l’orientation pour estimer leur relation avec une cible, et comment elles utilisent cette estimation pour ajuster leur comportement.

“Il s’agit d’une description très concrète de la manière dont des processus cognitifs complexes fonctionnent et produisent des comportements guidés spécifiques en temps réel”, a déclaré Wilson.

Les résultats complètent une deuxième étude, également publiée dans nature Le 7 février, une équipe de chercheurs indépendants dirigée par l’Université Rockefeller a décrit des parties du même circuit neuronal chez les mouches des fruits.

Prises ensemble, ces deux études permettent de mieux comprendre comment le sens de l’orientation se traduit dans le comportement animal.

un point de départ solide

Wilson a déclaré que les observations de son équipe ont des implications au-delà de l’identification des connexions entre la boussole du cerveau et les zones de pilotage. Ces résultats fournissent des indices importants sur le format et l’emplacement des objectifs de navigation dans le cerveau : et pourraient ouvrir la voie à la compréhension de la façon dont d’autres types d’objectifs sont stockés.

“Je pense que nous avons abordé l’un des aspects les plus mystérieux du fonctionnement cérébral, à savoir la façon dont nous conservons des informations et des intentions dans notre esprit sous une forme latente et que nous agissons ensuite en conséquence”, a déclaré Wilson. Cette capacité. “Dans le futur, nous étudierons comment cela fonctionne.”

Wilson souhaite également en savoir plus sur les trois groupes de neurones identifiés dans l’étude : et savoir si des groupes similaires de neurones spécialisés pour les ajustements fins et grossiers existent dans d’autres réseaux cérébraux.

“Nous pensons qu’il s’agit en fait d’un principe majeur du fonctionnement cérébral et qu’il pourrait expliquer de nombreuses voies apparemment redondantes dans le cerveau”, a expliqué Wilson.

Wilson a ajouté que, comme les mouches des fruits ont un cerveau et des comportements complexes, elles constituent un bon point de départ pour étudier les aspects de la cognition chez des espèces d’ordre supérieur telles que les souris ou les humains.

“En comprenant le système dans un petit cerveau, je pense que nous avons fait des progrès importants en formulant des hypothèses claires sur la façon dont il fonctionne dans un cerveau plus complexe”, a-t-elle déclaré. “Actuellement, je pense que les similitudes entre les espèces sont toujours là. il n’y a pas de fin claire.

source:

Référence du journal :

Allemagne de l’Ouest, EA, et coll.. (2024). Convertissez les signaux de direction de la tête en commandes de direction orientées vers la cible. nature. est ce que je.org/10.1038/s41586-024-07039-2.



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