Les huit yeux : révéler la vision de la pieuvre à l’aide de cartes neuronales

résumé: Les chercheurs ont cartographié l’activité neuronale dans le système visuel de la pieuvre, révélant des similitudes frappantes avec les humains.

L’équipe a observé des réponses neuronales aux points lumineux et sombres, cartographiant ainsi ce qui ressemble à l’organisation du cerveau humain. Fait intéressant, les pieuvres et les humains partageaient le dernier ancêtre commun il y a environ 500 millions d’années, suggérant une évolution indépendante de systèmes visuels aussi complexes.

Ces découvertes contribuent de manière significative à notre compréhension de la vision et de la structure cérébrale des céphalopodes.

Faits marquants:

1. Environ 70% du cerveau d’une pieuvre est dédié à la vision. Cette recherche est la première du genre à cartographier l’activité neuronale dans leur système visuel, fournissant des informations sur la façon dont ces créatures marines perçoivent leur monde.
2. Bien qu’ils aient un ancêtre commun il y a 500 millions d’années, les pieuvres et les humains ont développé des cartes neuronales similaires pour la perception visuelle.
3. L’étude a découvert que les neurones de la pieuvre réagissent fortement aux petites taches lumineuses et aux grandes taches sombres, qui diffèrent du système visuel humain. Cela est probablement dû aux particularités de l’environnement sous-marin.

source: Université de l’Oregon

Une pieuvre consacre environ 70 % de son cerveau à la vision. Mais jusqu’à récemment, les scientifiques n’avaient qu’une vague compréhension de la façon dont ces animaux marins voient leur monde sous-marin. Une nouvelle étude de l’Université de l’Oregon met en lumière le point de vue de la pieuvre.

Pour la première fois, des neuroscientifiques ont enregistré l’activité neuronale du système visuel d’une pieuvre. Ils ont créé une carte du champ visuel de la pieuvre en observant directement l’activité neuronale dans le cerveau de l’animal en réponse aux taches claires et sombres à différents endroits.

Cette carte de l’activité neuronale dans le système visuel d’une pieuvre est très similaire à ce que nous voyons dans un cerveau humain – même si les pieuvres et les humains partageaient un ancêtre commun il y a environ 500 millions d’années, les pieuvres ont développé leur système nerveux complexe indépendamment.

Le neuroscientifique Christopher Neale et son équipe rapportent leurs découvertes dans un article publié le 20 juin dans la revue Neuroscientist Christopher Neale. Biologie actuelle.

« Personne n’a été enregistré à partir du système visuel central d’un céphalopode auparavant », a déclaré Neal. Les pieuvres et autres céphalopodes ne sont généralement pas utilisés comme modèles pour comprendre la vision, mais l’équipe de Neal est intriguée par leur cerveau inhabituel.

Dans un article connexe publié l’an dernier dans Biologie actuelleLe laboratoire a identifié différentes classes de neurones dans le lobe optique d’une pieuvre, une partie du cerveau dédiée à la vision. « Ensemble, ces articles fournissent une bonne base en montrant les différents types de neurones et à quoi ils répondent – deux aspects clés que nous voulons connaître pour commencer à comprendre un nouveau système visuel », a déclaré Neal.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont mesuré comment les neurones du système visuel de la pieuvre réagissent aux taches sombres et claires se déplaçant sur un écran. En utilisant la microscopie à fluorescence, les chercheurs peuvent observer l’activité des neurones lorsqu’ils réagissent, pour voir comment les neurones réagissent différemment selon l’endroit où les taches apparaissent.

« Nous avons pu voir que chaque site du lobe optique répondait à un seul endroit sur l’écran devant l’animal », a déclaré Neal. « Si nous nous déplaçons quelque part, la réponse se déplace dans le cerveau. »

Ce type de cartes individuelles se trouve dans le cerveau humain pour plusieurs sens, tels que la vision et le toucher. Les neuroscientifiques ont lié la localisation de certaines sensations à des points spécifiques du cerveau.

Une représentation bien connue du toucher est l’homoncule, une figure humaine de dessin animé dans laquelle les parties du corps sont dessinées proportionnellement à la quantité d’espace cérébral consacrée au traitement des entrées sensorielles.

Les points très sensibles tels que les doigts et les orteils semblent énormes car il y a beaucoup d’entrées cérébrales de ces parties du corps, tandis que les zones moins sensibles sont beaucoup plus petites.

Mais trouver une connexion ordonnée entre la scène visuelle et le cerveau de la pieuvre était loin d’être le cas. C’est une innovation évolutive assez complexe, et certains animaux comme les reptiles n’ont pas ce type de carte. De plus, des études antérieures ont indiqué que les pieuvres n’ont pas de carte semblable à un homoncule des différentes parties de leur corps.

« Nous espérions que la carte visuelle était là, mais personne ne l’avait directement remarqué auparavant », a déclaré Neal.

Les chercheurs ont également noté que les neurones de la pieuvre répondaient particulièrement fortement aux petites taches lumineuses et aux grandes taches sombres – une différence marquée par rapport au système visuel humain. L’équipe de Neal émet l’hypothèse que cela peut être dû à des caractéristiques spécifiques de l’environnement sous-marin dans lequel les pieuvres doivent naviguer. Les prédateurs imminents peuvent apparaître sous la forme de grandes ombres sombres, tandis que les objets proches tels que la nourriture peuvent apparaître sous la forme de petits points lumineux.

Ensuite, les chercheurs espèrent comprendre comment le cerveau de la pieuvre réagit à des images plus complexes, telles que celles déjà présentes dans leur environnement naturel. Leur but ultime est de tracer la voie de ces entrées visuelles plus profondément dans le cerveau de la pieuvre, pour comprendre comment la pieuvre voit et interagit avec son monde.

À propos de cette recherche dans Visual Neuroscience News

auteur: Molly Blancette
source: Université de l’Oregon
communication: Molly Blancett – Université de l’Oregon
image: Image créditée à Neuroscience News

Recherche originale : libre accès.
« Régulation fonctionnelle des réponses visuelles dans le lobe optique d’une pieuvreÉcrit par Christopher Neal, et al. Biologie actuelle

un résumé

Régulation fonctionnelle des réponses visuelles dans le lobe optique d’une pieuvre

Points forts

• L’organisation fonctionnelle du système visuel des céphalopodes est largement méconnue
• En utilisant l’imagerie calcique, nous avons cartographié les réponses visuelles dans le lobe optique de la pieuvre
• Nous avons identifié des champs récepteurs spatialement localisés avec une organisation rétinienne
• Les voies d’activation et de désactivation étaient distinctes et avaient des propriétés sélectives de taille uniques

résumé

Les céphalopodes sont des animaux très visuels avec des yeux de type caméra, de gros cerveaux et un riche répertoire de comportements visuels. Cependant, le cerveau des céphalopodes a évolué indépendamment du cerveau d’autres espèces à haute vision, comme les vertébrés. Par conséquent, les circuits neuronaux qui traitent les informations sensorielles sont très différents.

On ignore en grande partie comment fonctionne leur système visuel unique et puissant, car il n’y a pas eu de mesures neurologiques directes des réponses visuelles dans le cerveau des céphalopodes.

Dans cette étude, nous avons utilisé l’imagerie calcique à deux photons pour enregistrer les réponses évoquées visuellement dans le centre de traitement visuel primaire du cerveau central de la pieuvre, le lobe optique, afin de déterminer comment les caractéristiques de base de la scène visuelle sont représentées et organisées.

Nous avons trouvé des domaines récepteurs spatialement localisés de stimuli clairs (ON) et sombres (OFF), qui étaient organisés de manière rétinienne à travers le lobe optique, démontrant la caractéristique de l’organisation du système visuel commune à de nombreuses espèces.

L’examen de ces réponses a révélé des changements dans la représentation visuelle à travers les couches du lobe visuel, y compris l’émergence de la voie OFF et une sélectivité de taille accrue.

Nous avons également identifié des asymétries dans le traitement spatial des stimuli activés et désactivés, ce qui suggère des mécanismes de circuit uniques pour le traitement du modèle qui peuvent avoir évolué pour répondre aux exigences spécifiques du traitement d’une scène visuelle sous-marine.

Cette étude donne un aperçu du traitement neuronal et de l’organisation fonctionnelle du système visuel de la pieuvre, mettant en évidence les aspects communs et uniques, et jette les bases d’études futures sur les circuits neuronaux médiant le traitement visuel et le comportement chez les céphalopodes.