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Comment les décisions se déroulent dans un cerveau de poisson zèbre – Actualite-sante

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Certaines choses que nous faisons semblent presque automatiques, comme ouvrir le réfrigérateur quand on a faim ou retourner la climatisation lorsque la température augmente. Bien que de telles décisions ne semblent pas prendre beaucoup de réflexion, elles sont en fait générées par des millions de neurones et de nombreuses interactions entre plusieurs régions du cerveau – un système dynamique si complexe que les scientifiques ne sont pas en mesure de l'observer pleinement et en temps réel, même dans les organismes simples.

Une exception est le poisson-zèbre, dont les processus de prise de décision sont maintenant plus clairs. Dans des travaux publiés dans Cell les chercheurs ont pu suivre l'activité de chaque neurone dans le cerveau entier des larves de poisson zèbre et reconstruire le déroulement des événements neuronaux alors que les animaux faisaient à plusieurs reprises des choix "gauche ou droite" dans un comportement.

La vue résultante image par image d'une décision prise était si détaillée que, 10 secondes avant la réponse du poisson, les chercheurs pouvaient prédire quel serait leur prochain mouvement et quand ils l'exécuteraient. [19659003] Suite à une décision

Comprendre comment un cerveau prend des décisions implique de suivre comment les neurones de plusieurs régions du cerveau réagissent et coopèrent – ce qui, pour être clair, est tout sauf trivial. Les scientifiques sont depuis longtemps coincés entre deux options: ils peuvent soit observer de près le déclenchement d'un seul sous-ensemble de neurones, ce qui limite leur vue d'ensemble, soit regarder l'activité cérébrale tout en faisant la moyenne des données sur plusieurs essais pour réduire le bruit. La moyenne, cependant, entraîne la perte de certains détails.

"Nous voulions comprendre comment les décisions se déroulaient au cas par cas", explique Alipasha Vaziri, chef du Laboratoire de neurotechnologie et de biophysique. Pour ce faire, l'équipe a associé des méthodes statistiques avancées à leur technique d'imagerie récemment développée, la microscopie en champ lumineux, qui permet de suivre simultanément l'activité de chaque neurone dans le cerveau des larves de poisson zèbre.

Mais avant de soumettre le poisson à des expériences, le les scientifiques devaient leur enseigner un nouveau comportement, qui n'était pas seulement réflexif mais orienté vers un but.

Le but, du point de vue des poissons, était d'obtenir un soulagement de la chaleur. Les chercheurs ont légèrement réchauffé l'eau autour du poisson à l'aide d'un laser et n'ont éteint le laser que lorsque le poisson a fait un mouvement de queue vers la droite. Après une quinzaine de répétitions, les poissons ont maîtrisé le tour: ils ont réagi à leur environnement chauffant environ 20 secondes après le démarrage du laser. Environ 80 pour cent du temps, les poissons se sont souvenus de retourner leur queue dans la bonne direction. (Pour éviter tout biais de direction, l'expérience entière a également été répétée en apprenant au poisson à tourner la queue vers la gauche.)

Pendant l'intervalle après que le laser a été allumé et avant que le poisson ne fasse un mouvement, les chercheurs ont suivi le état d'activité d'environ 5 000 des neurones les plus actifs de tout le cerveau. Ils ont ensuite identifié les schémas d'activité qui reflétaient la perception de la chaleur ou du mouvement de la queue par le cerveau et ceux qui semblaient liés à la décision. En particulier, ils ont trouvé environ 10 secondes avant que le poisson ne fasse un mouvement, ses schémas cérébraux différaient selon que le poisson allait faire un virage correct ou incorrect.

Ayant cette information, les chercheurs pouvaient regarder l'état du cerveau de n'importe quel petit poisson, et 80 pour cent du temps devine correctement ce que le poisson était sur le point de faire: ils ont pu prédire l'heure précise à laquelle les animaux entameraient le virage et sa direction, à chaque essai.

Un joueur inattendu

Ayant trouvé quels groupes de neurones correspondaient à différents aspects de la tâche, les chercheurs ont ensuite cartographié les neurones sur leurs régions anatomiques. "Cela nous a permis de voir quelles régions cérébrales étaient impliquées dans quels aspects de la tâche au fur et à mesure que la décision se déroulait dans chaque procès", dit Vaziri.

Plusieurs régions cérébrales ont participé à la transformation des informations sensorielles en décision et en action, mais une région s'est démarquée : le cervelet. Le taux d'activité des neurones dans cette partie du cerveau a déterminé le moment exact du mouvement de la queue. De plus, une activité déséquilibrée dans les deux hémisphères du cervelet, à partir du début de la chaleur et augmentant progressivement jusqu'à ce que le poisson bouge sa queue, a prédit la direction dans laquelle le poisson était sur le point de faire un tour.

En d'autres termes, le cervelet – une région mieux connue pour son rôle dans la coordination, l'équilibre et le réglage fin des mouvements – semble jouer un rôle majeur dans l'élaboration des décisions des animaux.

"C'était surprenant", dit Vaziri, ajoutant que quelques études de ces dernières années vont dans le même sens. "Je pense que nous pourrions trouver plus généralement que le cervelet est impliqué dans plus de fonctions cérébrales cognitives que ce que nous pensions traditionnellement."

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