Les chauves-souris vivent dans un monde de sons. Ils utilisent des vocalisations à la fois pour communiquer avec leurs congénères et pour naviguer. Pour ces derniers, ils émettent des sons dans la gamme ultrasonore, qui font écho et leur permettent de créer une « image » de leur environnement. Des neuroscientifiques de l’Université Goethe de Francfort ont découvert comment la chauve-souris à queue courte de Seba, une espèce originaire d’Amérique du Sud, parvient à filtrer les signaux importants du son ambiant et surtout à faire la distinction entre l’écholocation et les appels de communication.
Chauve-souris à queue courte de Seba (Carollia perspicillata) vit dans les forêts subtropicales et tropicales d’Amérique centrale et d’Amérique du Sud, où il se nourrit principalement de poivrons. Les animaux passent leurs journées en groupes de 10 à 100 individus dans des troncs creux et des cavernes rocheuses, et la nuit, ils vont se nourrir ensemble. Ils communiquent en utilisant des sons qui créent un bruit ambiant distinct dans la colonie, comme le babillage des voix lors d’une fête animée. Dans le même temps, les chauves-souris utilisent également des vocalisations pour se déplacer dans leur environnement : un phénomène connu sous le nom d’écholocation, pour lequel elles émettent des sons ultrasoniques qui se reflètent sur les surfaces solides. Les animaux assemblent ensuite ces échos en une « image » de leur environnement.
Mais comment la chauve-souris à queue courte de Seba parvient-elle à filtrer les sons importants du bruit ambiant constant ? Une explication courante est que le cerveau prédit constamment le prochain signal et réagit plus fortement à un signal inattendu qu’à un signal attendu. C’est ce qu’on appelle la détection de déviance, et les neuroscientifiques dirigés par Johannes Wetekam et le professeur Manfred Kössl du groupe de travail sur la neurobiologie et les biocapteurs de l’Institut de biologie cellulaire et de neurosciences de l’Université Goethe de Francfort explorent ses mécanismes. Avec leurs collègues, ils ont déjà pu montrer en 2021 que le traitement du signal ne commence pas dans des régions cérébrales de haut niveau, mais déjà dans le tronc cérébral, responsable du contrôle des fonctions vitales telles que la respiration et la fréquence cardiaque. Cependant, ces études n’ont utilisé que des stimuli artificiels qui n’ont aucun sens pour les animaux.
Dans une étude récemment publiée, l’équipe dirigée par Wetekam et Kössl a répété les expériences avec des appels de communication naturelle et d’écholocation. « Avec notre étude, nous voulions découvrir ce qui se passe dans la détection des déviations lorsque, au lieu de stimuli dénués de sens, sont présentés à la chauve-souris à queue courte de Seba des stimuli qui se produisent réellement dans son monde auditif », résume Wetekam.
Pour ce faire, deux électrodes de l’épaisseur d’un cheveu humain ont été insérées sous le cuir chevelu des chauves-souris afin d’enregistrer leurs ondes cérébrales. Bien que cela soit indolore pour les animaux, les mesures ont été réalisées sous anesthésie générale, car tout mouvement pouvait fausser les résultats.
Le cerveau de la chauve-souris réagit aux sons même lorsque l’animal est anesthésié et profondément endormi. Des appels d’écholocation ou de communication ont ensuite été diffusés aux animaux, chacun entrecoupé de l’autre son, avec une probabilité de 10 % que cela se produise.
Il a ensuite été possible de lire à partir des ondes cérébrales mesurées que le tronc cérébral traite différemment l’écholocation et les appels de communication. Alors que les sons d’écholocation peu fréquents induisaient en effet des signaux plus forts que les sons fréquents – c’est-à-dire montraient une détection de déviation – dans le cas des sons de communication, la probabilité qu’ils se produisent n’influence pas la force de la réponse.
Les chauves-souris doivent probablement réagir plus rapidement lors de l’écholocation que lors de la communication avec leurs congénères. Le tronc cérébral est la première station du cerveau à recevoir les signaux acoustiques, c’est pourquoi il pourrait être nécessaire en premier lieu de calculer la probabilité des appels d’écholocation, et surtout de leurs échos, afin que l’animal puisse éviter les obstacles à temps. »
Professeur Manfred Kössl du groupe de travail Neurobiologie et biocapteurs, Institut de biologie cellulaire et de neurosciences, Université Goethe de Francfort
La réponse plus forte aux appels moins fréquents est probablement due à une meilleure synchronisation neuronale.
L’étude a également montré que le tronc cérébral peut utiliser d’autres caractéristiques des cris des chauves-souris pour détecter les déviances, telles que des changements rapides de fréquence ou de volume, en plus des différences de hauteur. « C’est étonnant, car le tronc cérébral est une partie plutôt primitive du cerveau que les scientifiques ne pensaient pas auparavant capable de participer de manière substantielle au traitement du signal », explique Wetekam. « Ils ont davantage vu son rôle dans la réception des signaux du nerf auditif et dans leur transmission aux régions supérieures du cerveau. »
Ces découvertes pourraient également être importantes en ce qui concerne les applications médicales chez l’homme. Par exemple, les régions de bas niveau du cerveau devraient être incluses lors de l’étude de maladies telles que le TDAH ou la schizophrénie, qui sont associées à un traitement altéré des stimuli externes. Le fait que le tronc cérébral des chauves-souris traite différemment divers signaux acoustiques complexes peut également aider les scientifiques à comprendre comment le cerveau déchiffre et traite la parole humaine complexe.
