Les chercheurs identifient le centre cérébral responsable des réponses aux changements rapides de température

Nous l’avons tous entendu : mettez une grenouille dans de l’eau bouillante et elle en sautera. Mais mettez la même grenouille dans de l’eau tiède et faites-la chauffer progressivement, et vous ferez cuire la grenouille. Souvent utilisés comme métaphore de la réaction lente et obstinée de nombreuses personnes face à une menace qui grandit lentement, les mécanismes qui sous-tendent le mythe urbain sont devenus un sujet de fascination scientifique.

Cette parabole semble avoir inspiré de nouvelles recherches de l’Université Northwestern, qui ont identifié une voie cérébrale responsable de la détection rapide des menaces.

“Les animaux sont plus susceptibles de réagir à un changement environnemental rapide qu’à un changement lent”, a déclaré l’auteur principal Marco Gallio, professeur agrégé de neurobiologie au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern. “Dans la présente étude, nous identifions un circuit cérébral chez les mouches des fruits qui répond de manière sélective à un changement thermique rapide, amorçant ainsi le comportement de fuite.”

L’étude est publiée dans la revue Communications naturelles.

Gallio utilise généralement les mouches des fruits pour comprendre les circuits sensoriels et la manière dont ils créent des perceptions du monde physique. En utilisant la mouche comme modèle, le laboratoire étudie les principes de base de la prise de décision chez un animal qui possède une fraction du nombre de neurones (100 000) que celui des humains (environ 100 milliards). En tant qu’organisme modèle bien étudié pour la recherche biologique, les mouches sont également des sujets utiles en raison des outils préexistants pour étudier les neurones et le comportement des mouches.

“Il existe souvent deux types de réponses aux stimuli externes dans le cerveau : certains neurones répondent à un stimulus comme la lumière ou la température avec une activité très persistante”, a déclaré Gallio. “D’autres neurones se déclenchent juste au début, comme lorsqu’une lumière s’allume, puis leur activité disparaît. Nous nous sommes toujours demandé quelle était la signification de ces réponses de courte durée.”

Lors des stimuli visuels, le cerveau est programmé pour remarquer un contraste important entre la lumière et l’obscurité. Gallio a déclaré que la réponse intuitive a également un sens pour le sens du toucher : vous ne pensez pas à la pression lorsque votre main repose sur une surface. Cependant, passez votre main sur quelque chose de nouveau et vous détecterez de subtils changements de texture. L’équipe de Gallio voulait voir si la même chose était vraie pour la sensation de température.

Pour explorer comment les mouches réagissent aux changements rapides, l’équipe a utilisé une caméra haute résolution pour observer les mouches naviguant dans différents environnements de température. Lorsque les mouches rencontrent un front de chaleur rapide, elles font toujours demi-tour pour s’en éloigner.

Le laboratoire a découvert que les mouches réagissaient toujours en cas de changement rapide de température, mais pas en cas de changement lent.

L’équipe a également identifié un circuit dans le cerveau de la mouche qui réagit uniquement aux changements rapides de température (plus de 0,2 degrés Celsius par seconde). Tout comme les cellules du système visuel allumées, ces neurones se sont déclenchés au début d’un échauffement rapide, puis sont devenus silencieux.

“Notre hypothèse était que ces réponses à la chaleur pourraient effectivement être corrélées au taux de changement de température”, a déclaré Jenna Jouandet, première auteure de l’étude et titulaire d’un doctorat. étudiant au Gallio Lab. “Et par conséquent, cela pourrait permettre aux mouches d’anticiper des conditions thermiques dangereuses et de se préparer à s’échapper.”

En effet, lorsque les chercheurs ont inactivé expérimentalement ces neurones, les mouches ne se sont pas échappées aussi rapidement.

Pour mieux comprendre comment l’activité de ces neurones peut être importante pour le comportement de la mouche, les chercheurs ont collaboré avec William Kath, professeur de mathématiques appliquées à Northwestern et directeur adjoint du nouvel Institut national de théorie et de mathématiques en biologie.

Doctorat en mathématiques appliquées. L’étudiant Richard Suhendra a construit un petit modèle informatique doté de deux antennes et de deux roues pour démontrer comment l’ajout d’un neurone anticipant une chaleur dangereuse pourrait améliorer la flexibilité de la réponse du véhicule. (Jouez avec le modèle via un jeu simple sur la page Web de Gallio Lab.)

“Les neurones que nous avons initialement découverts reçoivent les informations des neurones thermosensoriels des antennes et transportent les informations vers le cerveau supérieur”, a déclaré Gallio. “Les mouches sont un excellent modèle pour cartographier les circuits cérébraux dans la mesure où nous avons pu reconstruire le circuit complet depuis les neurones sensoriels jusqu’aux centres qui produisent le mouvement.”

Gallio a expliqué que les changements rapides sont presque toujours dangereux pour une petite mouche.

“Si la température change d’un demi-degré par seconde, ce qui n’est pas grand-chose, en 30 ou 40 secondes, cette mouche pourrait être morte”, a déclaré Gallio. “Ce système est une sonnette d’alarme qui sonne pour inciter un animal à s’échapper. Nous voyons la mouche s’échapper.”

Gallio émet l’hypothèse que les résultats sont largement généralisables, en particulier parce qu’il voit cela se produire chez les humains, que quelqu’un entre dans une pièce où la température est différente ou qu’il prenne une douche chaude. Il a dit que ces neurones semblent être capables de ressentir quelque chose que d’autres ne font pas : ils semblent être capables d’anticiper l’avenir.