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La drosophile voit plus vite que son ombre

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Des chercheurs sont parvenus à rendre lumineux les neurones d'une mouche. Quand elle réfléchit, ils s'allument... L'équipe a pu ainsi commencer à décortiquer les mécanismes mentaux de ce minuscule cerveau.

La drosophile, utilisée depuis près d'un siècle, représente un des organismes modèles en biologie. Licence Commons

Depuis plus de 50 ans, les chercheurs essaient de comprendre les mystères du cerveau (ou ganglion cérébral) de la drosophile, cet organisme modèle largement utilisé en biologie et en génétique... Plus que tout, les chercheurs aimeraient comprendre comment ce cerveau de moins de 1 millimètre cube peut analyser les mouvements de son environnement aussi rapidement.

En 1956, un modèle mathématique avait été imaginé pour recomposer le système de perception et d'analyse des mouvements par les neurones de la drosophile. Depuis, les scientifiques tentent de valider ce modèle expérimentalement. Certains s'en inspirent même pour imaginer des robots volants...

Les yeux de la drosophile sont composés d'environ 800 unités de vision, ou ommatidies, chacune étant composée de 8 cellules photoréceptrices (R1 à R8) situées dans la rétine. Ces photorécepteurs activent ensuite les neurones monopolaires L1 à L3 situés dans la lamina, qui vont à leur tour activer les cellules de la medulla. Ce sont les liens biologiques entre les différents types cellulaires neuronaux qui sont encore mal compris, et qui n'avaient pas pu être creusés, faute de moyens techniques.

En effet, les 100.000 neurones du minuscule cerveau de l'insecte sont trop petits pour que l'on puisse analyser leur activité individuellement à l'aide d'électrodes, comme on peut le faire chez les mammifères. Pour parvenir à leurs fins, des chercheurs de l'Institut de Neurobiologie Max Planck ont eu recours aux outils de génétique dernier cri, décrits dans le journal Nature Neuroscience.

La drosophile, placée sous le microscope, regarde une série de mouvements lumineux sur un écran. Pendant ce temps, son cerveau est observé en direct pour analyser l'activité spécifique des cellules neuronales monopolaires L2. © Max Planck, Institut de Neurobiologie / Nature Neuroscience

Des neurones très spécialisés

Les biologistes ont d'abord inséré un gène, TN-XXL, dans chaque neurone monopolaire de type L2 de la drosophile. Ce gène, qui a pu être couplé à une protéine fluorescente, est un indicateur du taux de calcium intracellulaire, qui lui-même est indicateur de l'activité de la cellule. Ils ont ensuite positionné ces mouches de manière à les forcer à regarder des spots lumineux sur un écran, mimant un mouvement, tout en observant leur cerveau grâce à un microscope à fluorescence. La variation de la fluorescence de TN-XXL, marqueur de la variation de l'activité des neurones, pouvait donc être enregistrée en temps réel.

Dans l'expérience, les cellules L2 sont activées par les photorécepteurs lorsque ceux-ci détectent un mouvement (une modification de la luminosité, croissante ou décroissante), mais ces cellules ne transmettent pas directement l'information aux cellules de la medulla. Elles filtrent d'abord le signal reçu pour ne laisser passer que l'information « lumière décroissante » aux prochaines cellules nerveuses. Le signal « lumière croissante » serait donc transmis par un autre neurone monopolaire, L1 ou L3. Si chaque ommatidie fait le même travail, la drosophile peut rapidement intégrer la provenance et la direction du mouvement.

La découverte de ce mécanisme est un début d'explication de la rapidité de l'analyse du mouvement par la drosophile. Maintenant qu'ils ont les outils à leur disposition, les chercheurs comptent bien analyser de la même façon chaque type cellulaire, l'un après l'autre, afin de percer tous les secrets du cerveau de la drosophile.

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