Le chant des oiseaux visualisé en 3D

Comme l'Homme, l'oiseau apprend à chanter en imitant les autres. Il fait ses vocalises en écoutant les plus grands de son espèce. Le chant est un outil pour repérer les congénères ou localiser le territoire. Mais comment l'oiseau fait-il pour chanter ? Malgré les découvertes sur les mécanismes de régulation neuronale du chant des oiseaux, l'anatomieanatomie des structures physiquesphysiques qui génèrent les sons est méconnue. En particulier, la réponse du muscle de l'organe vocal au message nerveux est incomprise.

Un oiseau n'a pas de cordes vocalescordes vocales, mais il vocalise. Il utilise pour cela un organe à la structure complexe, la syrinx. Elle se situe au point où la trachéetrachée se divise en deux pour diffuser l'airair dans les poumonspoumons. L'oiseau contrôle sa syrinx avec une précision inférieure à la milliseconde, ce qui lui permet dans certains cas d'imiter les sons de l’Homme. C'est précisément la morphologiemorphologie de cet organe si important qui est largement méconnue.

Le diamant mandarin (Taeniopygia guttata) vit... en Australie. Ce petit chanteur ne mesure pas plus de 12 cm, et son cri est plutôt nasillard. Mais l'oiseau est connu pour son étonnante capacité à reconnaître et comprendre le chant de ses compatriotes. Il ne vit jamais seul, et se reproduit facilement. © Jim Bendon, cc by sa 2.0

Chez le diamantdiamant mandarin (Taeniopygia guttata), la syrinx ne mesure qu'un centimètre. Ce petit oiseau du centre de l'Australie a un comportement grégaire, il est très rare de le rencontrer seul. Ce comportement a conduit beaucoup de scientifiques à l'utiliser comme modèle d'étude des capacités d'interprétation du son par le cerveaucerveau. Les diamants mandarins sont en effet particulièrement doués dans la reconnaissance et la réponse aux chants de leurs congénères.

La morphologie de la syrinx décryptée

Mais les scientifiques connaissent très peu cet organe vocal. Pour pallier ces lacunes, des chercheurs danois ont associé des techniques non-invasives (imagerie par résonance magnétiqueimagerie par résonance magnétique et microtomographie) à des techniques invasives (histologiehistologie et microdissection) pour construire une image 3D de l'ensemble des données, ou morphome.

L’imagerie par résonance magnétique et la microtomographie assistée par ordinateur ont été utilisées pour construire des images 3D de l'organe vocal du diamant mandarin (Taeniopygia guttata), la syrinx. © Daniel N. Düring, Alexandre Ziegler, Christopher K. Thompson, Andreas Ziegler, Cornelius Faber, Johannes Müller, Constance Scharff et Coen P. H. Elemans

Publiés dans le journal BMC Biology, les modèles 3D couvrent la totalité du système de la syrinx, comprenant des tissus mous, des coussins cartilagineux et des muscles qui orchestrent la production du son. Les modèles ont mis en évidence l'équilibre entre la force et la légèreté de l'os et du cartilagecartilage, nécessaire pour maintenir et faire vibrer les membranes de la syrinx à haute vitessevitesse. Ce qui explique pourquoi l'organe vocal est adapté aux trillestrilles rapides, et ce même pendant le vol.

Une cartographie inédite de la syrinx

Les simulations éclairent en outre sur la capacité du diamant mandarin à contrôler de façon très précise ses chansons. Une structure cartilagineuse de la syrinx permet à l'oiseau de découpler la fréquence du son et le volumevolume d'air. De plus, si elle vibre rapidement, la syrinx peut être également stabilisée durant le chant. Cela serait possible grâce à un os en forme d'Y qui est connecté au sternumsternum. Le mouvementmouvement global des os dans le système de la syrinx est contrôlé par un dispositif complexe de sept paires de muscles, qui contrôlent la hauteur, le volume et la fréquence du son.

Ces images 3D fournissent des cartes anatomiques qui n'existaient pas jusqu'alors. Elles serviront de guide pour étudier la fonction de chaque muscle. Si les chercheurs ne savent pas encore comment interagissent précisément ces 14 muscles pour créer le son, les chercheurs ont déjà une bien meilleure compréhension du système global. Pour Coen Elemans, l'un des auteurs de la publication, « il s'agit d'une étape cruciale pour comprendre comment le cerveau contrôle les sons et les transforme en ces belles chansons auxquelles nous sommes tous si familiers ».