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Sur la piste du comportement de reniflement de la souris

Le sens de l'odorat est essentiel dans la vie de beaucoup d'animaux car il leur permet de trouver de la nourriture et des partenaires de reproduction tout en évitant prédateurs et toxines. Pour les humains, il peut indiquer un trouble du cerveau ou améliorer la qualité de vie.
Sur la piste du comportement de reniflement de la souris
La perception sensorielle est un processus actif. Une détection active signifie un échantillonnage de l'environnement qui permet d’attirer l'attention sur la cible importante. Tout comme le mouvement rapide des yeux précède la fixation sur un endroit déterminé, le fait de renifler la zone permet de choisir un panache dans l’air ou une piste sur une surface.

ACTIVE SNIFFING se fraye un chemin dans le comportement de la souris

Un rongeur peut renifler, ou encore inhaler volontairement, jusqu'à quatre fois plus que son taux de respiration de base. L'animal décide quand et où échantillonner l'espace, mettant ainsi à jour une représentation interne de son environnement qui guide finalement son comportement. Cependant, contrairement à la vision et à l'audition pour lesquelles des stimuli de distribution peuvent être facilement réalisés, par exemple avec des moniteurs ou des haut-parleurs, délivrer des odeurs d'une manière précise est resté difficile.

Avec le financement de l'UE, le projet ACTIVE SNIFFING a étudié la détection active dans le contexte du suivi des traces olfactives chez la souris et dans ses bases neuronales. Pour ce faire, «Nous avons conçu un système expérimental à haut débit qui fournit des traînées d'odeurs à une courroie en temps réel en utilisant la technologie d'impression jet d'encre», explique le coordinateur du projet, le professeur Matthias Bethge.

Les résultats ont montré qu'après une courte phase d'accoutumance, les souris suivent les traces d'odeurs imprimées, et le font sur une longue période de temps si une récompense est délivrée à des intervalles aléatoires. Le professeur Bethge ajoute: «Les efforts en cours dans le laboratoire Murthy de l'Université de Harvard restent dédiés à l'analyse du comportement de la souris pendant le suivi des pistes, conduisant à la caractérisation de leur comportement de suivi des traces.»

Avec d’autres collaborateurs, les chercheurs du programme ACTIVE SNIFFING ont également mis au point des méthodes d'apprentissage en profondeur pour reconstituer avec précision les mouvements de différentes parties du corps et en particulier le museau pendant le suivi des traces par vidéographie. Ils pourraient alors mesurer avec précision le mouvement du museau sans interférer avec le mouvement naturel des souris. Les résultats ont été publiés sous la forme d’une préimpression à la bibliothèque de l'Université Cornell.

Suivre la trainée de l’odeur

La configuration est simple mais très efficace. Le papier, qui peut mesurer jusqu'à un mètre de large, est tiré sur une table par une bobine d'alimentation et passe sur une bobine collectrice entraînée par un puissant moteur électrique. L'utilisation du papier garantit que le substrat destiné aux traînées d'odeurs est propre. Les imprimantes à jet d'encre avec des contrôleurs personnalisés sont utilisées pour fournir des traînées d'odeurs sur le papier.

Les souris peuvent librement courir sur le papier dans une boîte comportementale transparente et suspendue. Cette boîte est enfermée dans une grande chambre qui protège des sons et de la lumière. La plupart des expériences sont réalisées sous lumière infrarouge, que les souris ne peuvent pas voir. Tout cela pour garantir qu'elles n'utilisent pas de repères visuels et acoustiques.

Pas seulement un sens de l'odorat

Le sens de l'odorat améliore de nombreuses expériences quotidiennes et peut servir de système d'alerte pour nous avertir d’un danger (nourriture avariée, incendie ou fuite de gaz), et les déficits olfactifs peuvent être le signe d'autres problèmes de santé. «Tout d'abord, nous pensons que cette configuration nous permet d’étudier le comportement de suivi de piste et de comprendre l'olfaction de manière inédite.»

Une compréhension basique de la façon dont l'information sensorielle est traitée et représentée dans le cerveau est un objectif scientifique important de la neuroscience. Comme l'explique le professeur Murthy, «une telle compréhension est essentielle pour tenter de découvrir des troubles sensoriels dans les maladies neurologiques ou mentales, y compris la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et l'autisme».

Déterminer comment des animaux macrosmatiques ayant un sens de l'odorat très développé, comme les souris et les chiens, traquent les traînées d'odeurs en termes algorithmiques pourrait être intéressant pour les applications bioniques. La révélation des paramètres des capacités de suivi de piste très efficaces pourrait être mise en œuvre dans les robots de suivi des traces d'odeurs.

L'équipe analyse toujours les données et étudie les stratégies utilisées par les souris pour suivre les pistes dans diverses conditions. Elle a également recueilli des enregistrements neuronaux pendant le comportement de suivi et tente de comprendre le code neuronal pendant ce comportement.

Parmi les articles déjà publiés, deux l’ont été dans la prestigieuse revue Neuron et cinq autres dans d'autres revues à comité de lecture.

Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

ACTIVE SNIFFING, souris, piste d'odeur, suivi de piste, renifler, odeur