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La fonction cérébrale intégrée de la mouche des fruits

L'un des plus grands défis de la science moderne est de comprendre le fonctionnement du cerveau. Des chercheurs de l'UE ont étudié la mouche drosophile pour découvrir les molécules et les neurones derrière la perception et la cognition.
La fonction cérébrale intégrée de la mouche des fruits
Le FLIACT (Systems neuroscience of Drosophila: from genes to circuits to behaviour) était le premier réseau de formation initial (RFI) dédié à l'étude des neurosciences chez la Drosophila melanogaster. FLIACT voulait faire progresser la compréhension de la base génétique des comportements innés et acquis. Il a exploré des mécanismes moléculaires et cellulaires dirigeant la navigation sensorielle, les comportements sociaux et la modulation des réponses innées par les états internes. Les membres du réseau ont mis au point des outils de pointe et des paradigmes pour clarifier les fonctions cérébrales importantes telles que les prises de décision perceptuelles.

Pour mesurer le comportement social chez les mouches adultes, les membres de FLIACT ont développé un logiciel de suivi des animaux pour surveiller les interactions entre plusieurs mouches. Un tapis roulant sphérique a été construit pour attacher les mouches uniques et mesurer leur orientation après avoir été soumises à des stimuli odorants. Un dispositif qui combine le suivi automatique et la livraison d'odeur contrôlée et l'imagerie à 2 photons appelé Flywalk a été utilisé pour étudier le rôle des interneurones du système olfactif dans la libération de réponses comportementales attractives et répulsives.

Pour trouver de la nourriture, les drosophiles naviguent à l'aide de la vision et l'odorat. Les membres de FLIACT ont tenté d'expliquer les réponses visuelles sur la base de la caractérisation des photorécepteurs des propriétés de réponse à la lumière de différentes longueurs d'onde. Chez l'adulte, les partenaires synaptiques des neurones dorsaux dans le système visuel ont été cartographiés. Au stade larvaire, les drosophiles s'appuient sur la détection des stimuli chimiques classés, gradients, pour se nourrir. Au sein de FLIACT, un système de suivi en boucle fermée a été construit pour définir le principe qui sous-tend la conversion des signaux sensoriels contrôlés par optogénétique en production motrice. Des étapes importantes ont été réalisées dans la cartographie de la voie neuronale participant à ce processus de conversion.

Les réponses comportementales sont par nature adaptatives. Les membres de FLIACT ont découvert que la production d'œufs chez les femelles fécondées augmentait considérablement l'appétit des mouches femelles pour le sodium. Ils ont également découvert que l'accouplement module le traitement du goût pour commencer l'alimentation au sel. Sur une échelle d'évolution plus longue, les comportements s'adaptent au cours de la spéciation. Les membres de FLIACT ont étudié les espèces drosophiles à la recherche de différences frappantes au niveau des préférences olfactives. Il a par exemple été découvert que les espèces d. suzukii pondaient leurs œufs sur des fruits frais mûrs, alors que les autres espèces préfèrent les fruits pourrissant. Les résultats de FLIACT suggèrent que ce changement est dû à des changements dans le système chimio-sensoriel périphérique.

Ces dernières décennies, les drosophiles se sont avérées être un excellent modèle pour les maladies humaines. La protéine amyloïde bêta est le composant principal des plaques dans la maladie d'Alzheimer. Des mutants pour le peptide bêta-amyloïde ont été testés dans le système olfactif des larves. De manière remarquable, ces mutants ont présenté des problèmes d'orientation similaires à ceux des êtres humains aux premiers stades de la neurodégénérescence, donnant ainsi une preuve de principe que les études des drosophiles pourraient servir à développer des médicaments contre des maladies telles qu'Alzheimer.

Pendant toute la durée du réseau FLiACT (2011-2015), les chercheurs et boursiers ont affiché un grand intérêt pour l'engagement du public et la vulgarisation de la science. Les activités de diffusion organisées par FLIACT comprenaient une université d'été internationale à Lisbonne, un atelier au Ghana et le développement d'une application ludique Apple et Android pour tous. FLIACT espère avoir promu une meilleure appréciation pour le public du potentiel des drosophiles pour la recherche dans les neurosciences de base et appliquées.

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Mots-clés

Fonction cérébrale, Drosophila melanogaster, perception, cognition, FLIACT, neurodégénérescence