Cartographier le cerveau des oiseaux pour comprendre comment ils apprennent les chants
Le processus d’apprentissage du chant par les passereaux est complexe et présente de nombreux parallèles avec le processus d’apprentissage de la parole et du langage chez les humains. Mais les étapes exactes de ce processus restent à définir. Le projet DESYNE, financé par l’UE, a étudié plus en profondeur le cerveau des oiseaux pour en savoir plus. DESYNE visait à démêler les changements ultrastructuraux subit par le cerveau du passereau au cours de l’apprentissage vocal. La cible était une zone prémotrice spécifique du cerveau du passereau connue sous le nom de HVC(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Le HVC joue un rôle important dans cet apprentissage, car il est impliqué à la fois dans la perception et la production des chants. Pour comprendre les mécanismes neuronaux impliqués dans la mémorisation du chant puis l’émergence du chant adulte, DESYNE a cartographié les réseaux de connexions de synapses avec le HVC. L’idée était d’explorer ces connexions pour comprendre comment fonctionne l’expérience d’apprentissage du chant. La recherche a été entreprise avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). «La recherche sur les circuits neuronaux chez les passereaux est techniquement très difficile, c’est pourquoi un accent important a été mis sur le développement de méthodes permettant ces investigations. En conséquence, le projet a produit une nouvelle technologie passionnante pour étudier la structure détaillée et la fonction de composants de réseau spécifiques pendant l’apprentissage vocal», explique Daniel Düring, professeur à l’Institut de neuroinformatique(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) à l’Université de Zurich. La recherche pourrait également avoir un impact majeur sur les humains à l’avenir. «Compte tenu des nombreux parallèles entre l’acquisition de la parole chez l’humain et l’apprentissage du chant chez les oiseaux, nous pensons que les informations sur la structure des circuits neuronaux seront également généralisables et traduisibles pour les humains, et pourraient nous aider à mieux comprendre et développer des stratégies de traitement pour les neuropathologies associées à la parole» déclare Richard Hahnloser(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), également professeur à l’Institut de neuroinformatique et coordinateur du projet DESYNE.
Une chanson simple entraîne des altérations complexes du cerveau
Pour son étude, le projet s’est tourné vers les diamants mandarins. «Le chant des diamants mandarins est plutôt simple et stéréotypé, ce qui le rend plus facile à analyser que le chant de la plupart des autres passereaux. Semblables aux bébés humains, les jeunes passereaux apprennent à copier le chant d’un professeur adulte», ajoute Richard Hahnloser. Pour découvrir et caractériser les changements structurels dans le cerveau des oiseaux nécessaires à l’apprentissage vocal, l’équipe a comparé la structure cérébrale des zones impliquées à la fois dans l’apprentissage et la production du chant, entre des oiseaux exposés aux chants d’un tuteur et d’autres privés de modèle vocal.
De nouveaux outils pour découvrir les secrets de l’apprentissage du chant chez les oiseaux
Pour étudier la structure et la fonction de composants spécifiques dans un réseau de neurones, il doit être possible d’y accéder de manière sélective et d’identifier des types de cellules représentatifs. Cela se fait généralement en utilisant ce que l’on appelle un vecteur viral(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) qui utilise des protéines fluorescentes pour identifier des cellules spécifiques. Malheureusement, aucun des vecteurs viraux existants ne semblait fonctionner pour les passereaux. L’équipe a donc réalisé le sien. «Grâce à ce projet et à une collaboration internationale entre les laboratoires de l’ETH Zurich, la Max-Planck Society(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) en Allemagne et l’Université de Tokyo(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), nous avons pu concevoir ce vecteur viral pour les passereaux qui, selon nous, aidera de nombreux autres laboratoires à étudier les circuits neuronaux chez les passereaux avec des détails et une précision sans précédent», note Daniel Düring.
Un vecteur de recherches futures
L’équipe utilise maintenant cette création pour faire avancer ses recherches sur de nouvelles voies. «Nous utilisons notre vecteur viral pour étudier le développement structurel d’une classe spécifique de neurones de projection, à savoir ceux reliant la zone prémotrice vocale HVC avec une zone du cerveau antérieur connue sous le nom de Zone-X», explique Daniel Düring. L’équipe affine également ses technologies en essayant d’inclure des signaux de marqueurs synaptiques lors de l’imagerie de grands volumes de tissu cérébral.
