Les poissons perdus retrouvent leur chemin grâce à leur « ancien cerveau »

Un poisson zèbre nage vers sa cible, mais de forts courants le font dévier de sa trajectoire. Néanmoins, le petit poisson nage vers son emplacement d’origine, déterminé à terminer son voyage.

Comment les animaux savent-ils où ils se trouvent dans leur environnement, et comment cela détermine-t-il leurs choix ultérieurs ? Les scientifiques du campus de recherche Janelia de HHMI ont découvert que le cerveau postérieur – une région conservée au cours de l’évolution ou “ancienne” à l’arrière du cerveau – aide les animaux à calculer leur emplacement et à utiliser ces informations pour déterminer où ils doivent aller ensuite.

La nouvelle recherche, publiée dans la revue Cellule le 22 décembre, découvre de nouvelles fonctions pour certaines parties du “cerveau ancien”, découvertes qui pourraient s’appliquer à d’autres vertébrés.

L’imagerie du cerveau entier révèle de nouveaux réseaux

Pour comprendre comment les animaux comprennent leur position dans l’environnement, des chercheurs, dirigés par En Yang, postdoctorant au Ahrens Lab, ont placé de minuscules poissons zèbres translucides, d’à peine un demi-centimètre de long, dans un environnement de réalité virtuelle qui simule courants d’eau. Lorsque le courant change de manière inattendue, le poisson sont d’abord repoussés de leur trajectoire ; cependant, ils sont capables de corriger ce mouvement et de revenir à leur point de départ.

Pendant qu’un poisson zèbre nage dans le environnement de réalité virtuelle, les chercheurs utilisent une technique d’imagerie du cerveau entier développée à Janelia pour mesurer ce qui se passe dans le cerveau du poisson. Cette technique permet aux scientifiques de rechercher dans tout le cerveau pour voir quels circuits sont activés lors de leur comportement de correction de trajectoire et de démêler les composants individuels impliqués.

Les chercheurs s’attendaient à voir une activation dans le cerveau antérieur, où se trouve l’hippocampe, qui contient une “carte cognitive” de l’environnement d’un animal. À leur grande surprise, ils ont vu une activation dans plusieurs régions de la moelle, où des informations sur l’emplacement de l’animal étaient transmises à partir d’un circuit nouvellement identifié via une structure du cerveau postérieur appelée l’olive inférieure aux circuits moteurs du cervelet qui permettent au poisson de se déplacer. Lorsque ces voies ont été bloquées, le poisson n’a pas pu revenir à son emplacement d’origine.

Ces résultats suggèrent que les zones du tronc cérébral se souviennent de l’emplacement d’origine d’un poisson zèbre et génèrent un signal d’erreur basé sur ses emplacements actuels et passés. Cette information est transmise au cervelet, permettant au poisson de revenir à son point de départ. Cette recherche révèle une nouvelle fonction pour l’olive inférieure et le cervelet, qui étaient connus pour être impliqués dans des actions comme l’atteinte et la locomotion, mais pas ce type de navigation.

“Nous avons constaté que le poisson essaie de calculer la différence entre son emplacement actuel et son emplacement préféré. lieu et utilise cette différence pour générer un signal d’erreur », explique Yang, le premier auteur de la nouvelle étude. « Le cerveau envoie ce signal d’erreur à ses centres de contrôle moteur afin que le poisson puisse corriger après avoir été déplacé involontairement par le flux, même plusieurs secondes plus tard. .”

Un nouveau circuit multirégional du cerveau postérieur

On ne sait toujours pas si ces mêmes réseaux sont impliqués dans un comportement similaire chez d’autres animaux. Mais les chercheurs espèrent que les laboratoires qui étudient les mammifères commenceront désormais à rechercher dans le cerveau postérieur des circuits homologues pour la navigation.

Ce réseau de cerveau postérieur pourrait également être à la base d’autres compétences de navigation, comme lorsqu’un poisson nage vers un endroit spécifique pour s’abriter, disent les chercheurs.

“Il s’agit d’un circuit très inconnu pour cette forme de navigation qui, selon nous, pourrait sous-tendre les circuits hippocampiques d’ordre supérieur pour l’exploration et la navigation basée sur les points de repère”, déclare Misha Ahrens, chef de groupe principal de Janelia.