Notre vie quotidienne peut être vue comme une série de séquences motrices complexes: routines matinales, tâches professionnelles ou scolaires, actions que nous prenons autour des repas, rituels et habitudes tissés à travers nos soirées et nos week-ends. Ils semblent presque automatiques, avec peu de pensée consciente derrière eux.
En réalité, cependant, ils sont le résultat des innombrables décisions et ajustements physiques que nous faisons en cours de route, grâce au traitement continu du signal dans le cerveau qui est guidé par les informations que nous recevons par nos sens.
La chercheuse de l'UC Santa Barbara, Julie Simpson, s'intéresse aux processus qui entrent dans ces séquences motrices complexes, en particulier la façon dont les signaux neuronaux sont traduits dans nos comportements physiques.
Chaque jour, vous vous levez le matin et vous décidez quoi faire de votre journée. Il y a beaucoup de choses que vous pourriez faire avec vos membres, qui sont entraînés par des motoneurones, qui sont contrôlés par les commandes de votre cerveau. «
Julie Simpson, professeure adjointe au Département de biologie moléculaire, cellulaire et du développement, UC Santa Barbara
Les humains ont un large éventail de comportements et nous éprouvons souvent des pulsions concurrentes. Comment choisissons-nous quoi faire en premier?
Il existe de nombreux défis évidents pour cartographier la façon dont l'activité du cerveau humain coordonne les mouvements physiques, dont le moindre n'est pas la complexité des réseaux du cerveau humain.
Heureusement, la mouche des fruits (Drosophila melanogaster) – un organisme modèle pour lequel nous avons le génome complet – possède un système analogue mais beaucoup plus simple et beaucoup plus maniable.
À l'aide de mouches des fruits, Simpson et son équipe de recherche ont découvert des mécanismes neuronaux qui contribuent à des séquences motrices complexes dans le comportement des mouches – en particulier celles qui régissent le toilettage, un comportement universel de mouche des fruits qui élimine la poussière du corps avec des mouvements de jambe ciblés.
En plus d'ajouter à notre compréhension fondamentale du fonctionnement de notre cerveau et de notre corps, les résultats, publiés dans un article de la revue Biologie actuelle, pourrait donner un aperçu des pathologies de la signalisation cérébrale, telles que la maladie de Parkinson, ou des comportements obsessionnels compulsifs.
Grâce à l'optogénétique – l'utilisation de la lumière pour activer des neurones spécifiques – et à une lumière concurrente ciblée, les chercheurs ont pu éteindre et rallumer de petits groupes de ces neurones chez les sujets de la mouche des fruits pour voir quel comportement la mouche a choisi d'exposer. Dans ce cas, la mouche devrait décider quelle partie nettoyer en premier lorsqu'elle est amenée à croire que tout son corps est couvert de poussière.
« Si vous leur donnez tout sale à la fois, que font-ils? » Dit Simpson.
Il s'avère que les mouches des fruits ont généralement une séquence de toilettage standard – mais non définie. Ils utilisent leurs jambes pour balayer leurs têtes, puis leurs abdomens, puis leurs ailes, chaque fois en soulevant et en plantant et en balayant les jambes entre chaque séance de balayage.
« C'est toujours une probabilité plus élevée de comportements antérieurs, puis postérieurs », a déclaré Simpson, « mais le modèle exact et les points de transition exacts diffèrent, donc ce n'est pas un modèle d'action tout à fait fixe. Ils font des choix probabilistes. »
Les choix des mouches, selon le laboratoire, sont le résultat de comparaisons spatiales des niveaux de poussière dans chaque région. La «poussière» est en fait une lumière rouge pour la stimulation optogénétique, comme une réalité virtuelle mécanosensorielle qui permet un contrôle plus fin de l'activation des neurones.
« Nous avons constaté que les comparaisons spatiales étaient plus importantes; les mouches n'ont pas suivi les entrées sensorielles au fil du temps », a déclaré Neil Zhang, l'auteur principal de l'étude. « Ils se comparent entre différentes parties du corps – entre la tête et l'abdomen, par exemple. »
Il semble que la région de la tête gagne généralement en compétition, peut-être en raison du grand nombre de poils mécanosensoriels situés dans les yeux et sur la tête, ce qui fait de cette partie du corps une priorité de nettoyage.
« Les mouches dans l'obscurité nettoieront toujours leurs yeux en premier. Les mouches aveugles nettoieront toujours leurs yeux en premier », a déclaré Simpson. Mais les mouches « aux yeux chauves » (celles qui n'ont pas les poils) auront une volonté plus faible d'aller chercher les yeux en premier.
Les entrées sensorielles que reçoivent les mouches – non seulement mécaniques mais aussi visuelles, olfactives et via d'autres sens – sont envoyées à des régions spécialisées dans leur cerveau, puis à des circuits neuronaux encore largement inconnus qui coordonnent les décisions sur ce qu'il faut faire et ce qui ne l'est pas. faire.
« Ce type de calcul est effectué par leur système nerveux », a déclaré Zhang. « La prochaine étape consiste à déterminer quels neurones et quels circuits font cette comparaison. »
C'est une tâche difficile, même pour la mouche des fruits relativement simple, compte tenu des milliers de neurones qu'elle possède. Mais avec des outils génétiques, des schémas de câblage à partir de données de microscopie électronique et des techniques d'imagerie fonctionnelle, les chercheurs dans ce domaine sont bien partis.
Ces expériences comportementales sont un indice clé. « Maintenant, nous avons une meilleure idée des circuits que nous devons rechercher en raison des preuves comportementales de l'importance des comparaisons spatiales », a déclaré Simpson.
La source:
Université de Californie – Santa Barbara
