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Neural processing of context-dependent innate behavior

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Comprendre comment le cerveau fonctionne et mémorise les expériences sensorielles

Des perceptions comme la faim peuvent modifier considérablement la façon dont les drosophiles ressentent les odeurs et les goûts mais jusqu’à présent, leur mode de fonctionnement au niveau du cerveau a très peu été élucidé.

Recherche fondamentale

Les odeurs, le goût et d’autres expériences sensorielles sont vraiment propres à chaque individu et ils ont un impact sur le comportement et les décisions. En général, la nourriture semble plus goûteuse et a une meilleure odeur si nous sommes affamés, alors que les scientifiques savent depuis longtemps que le cerveau possède une forte mémoire pour la nourriture de mauvaise qualité ou pour les aliments toxiques qui rendent les gens malades et entraînent une aversion. «Les états intérieurs comme la faim jouent un rôle important et sont localisés dans les mêmes zones du cerveau que là où se forme la mémoire. Ces circuits ne sont pas seulement essentiels pour induire la mémoire à long terme, mais ils élaborent toutes les facettes du comportement, mêmes celles qui sont très dynamiques, en en changeant les aspects», explique Ilona Grunwald Kadow, coordinatrice du projet FlyContext et professeure dans le Département des circuits neuronaux et du métabolisme de l’Université technique de l’École des sciences de la vie de Munich. Le projet, soutenu par le Conseil européen de la recherche, a permis d’étudier le cerveau de la drosophile et de manipuler les neurones pour voir comment le cerveau traite un certaine nombre d’informations et comment ces processus se modifient et s’adaptent à la faim ou à d’autres états intérieurs. «La drosophile en arrive à différentes conclusions alors qu’elle a reçu la même information sensorielle», ajoute Ilona Grunwald Kadow. «Nous avons aussi montré que les circuits du cerveau de la mouche, et probablement ceux d’autres animaux, sont hautement interconnectés entre différentes zones cérébrales, d’où un impact à différents niveaux du cerveau, et nous avons déterminé comment elle perçoit l’information. «Les neurones individuels répondent à un certain nombre de choses différentes puis ils les intègrent. C’est un réseau complexe qui est très malléable et qui peut être modelé par la mémoire à long terme, mais aussi par des expériences à court terme. Nous pensons que le cerveau humain agit de la sorte», explique‑t-elle.

Neurones stimulants

Une série essentielle de neurones appelés neurones dopaminergiques, souvent désignés par le terme de neurones «stimulants», et importants dans l’apprentissage, sont impliqués pour stimuler ou pour informer la mouche que quelque chose de bon est arrivé. D’autres neurones «sanctionnent» ou informent que quelque chose de négatif a lieu ou a eu lieu. Mais, chose surprenante, ils ressentent aussi la faim. Par l’intermédiaire des neurones dopaminergiques, les mouches affamées montrent une persévérance accrue pour dépister une odeur alimentaire, même en l’absence de stimulation alimentaire à la fin. «Ce que nous n’avions pas anticipé, c’était que la mouche n’abandonnait pas lorsque ce n’était pas concluant; au contraire, elle persévérait et volait plus longtemps pour atteindre son objectif qu’était la nourriture», affirme Ilona Grunwald Kadow. Ceci laisse à penser que l’expérience passée est intégrée au besoin, ce qui renseigne sur les choix de la mouche.

Changements observés lors de l’accouplement

Une preuve empirique provenant des humains montre que la grossesse modifie les perceptions telles que les odeurs et le goût. «Nos données laissent entendre que l’accouplement ou la proximité d’un mâle induit des changements au niveau de plusieurs couches du système nerveux chez la mouche femelle, depuis les neurones sensoriels jusqu’aux centres de la mémoire», déclare‑t-elle. Les neurones sensoriels goûtent ou sentent des composés cellulaires, parmi lesquels figurent les polyamines, des nutriments. «Les femelles vierges ne sont pas tellement intéressées par ces polyamines, mais elles le deviennent lors de l’accouplement; elles les utilisent pour trouver de la nourriture et pour dénicher un endroit pour y déposer leurs œufs», ajoute Ilona Grunwald Kadow.

Nouvelles techniques d’imagerie

L’équipe a utilisé de nouvelles techniques d’imagerie pour observer l’activité neuronale du cerveau de la mouche dans son intégralité et, simultanément, les chercheurs ont étudié la dynamique des réponses comportementales de la drosophile et comment elle faisait ses choix. Pour étudier l’information encodée dans les neurones, l’équipe a utilisé une imagerie à champ lumineux équipée d’un microscope doté d’un réseau multiple de minuscules lentilles. «Cela nous permet d’observer très rapidement le cerveau dans son intégralité, plutôt que les zones cérébrales l’une après l’autre, car les neurones répondent rapidement et dans de nombreuses zones cérébrales en même temps», déclare Ilona Grunwald Kadow. Ceci a servi à cartographier l’ensemble des synapses et neurones, et à comprendre comment ils «communiquent» entre eux. «L’imagerie a changé la donne, car elle nous a permis d’observer comment le cerveau dans son intégralité modifie son état en cas de faim, de mouvement ou de sommeil», remarque‑t-elle.

Mots‑clés

FlyContext, drosophile, cerveau, neurones, odeur, goût, neurones dopaminergiques, polyamines

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