On sait que le comportement animal repose sur la transformation des informations sensorielles en commandes motrices, souvent influencées par les besoins internes de l’animal. Alors que chez les mammifères et d’autres grands animaux, ce processus est soutenu par des processus cérébraux complexes, des versions plus simples de ce processus pourraient également guider le comportement d’organismes vivants plus petits, notamment les insectes.
Pour planifier leurs actions lorsque les signaux sensoriels ne sont pas disponibles, certains animaux ont évolué en s’appuyant sur des représentations internes de leur relation avec leur environnement. Ces représentations peuvent inclure des informations liées à la direction de leur tête ou collectées par les cellules de lieu, des neurones de l’hippocampe qui forment des « cartes » internes des environnements.
Des chercheurs du Howard Hughes Medical Institute ont récemment étudié la manière dont les mouches à fruits cartographient simultanément de nouveaux environnements et utilisent ces représentations internes pour déterminer les objectifs à poursuivre. Leur article, publié dans Neuroneoffre un nouvel aperçu sur la manière dont les représentations internes peuvent guider le comportement orienté vers un objectif des animaux.
« L’ancrage des objectifs aux représentations spatiales permet une navigation flexible, mais constitue un défi dans les nouveaux environnements où les deux représentations doivent être acquises simultanément », ont écrit Chuntao Dan, Brad K. Hulse et leurs collègues dans leur article. « Nous proposons un cadre expliquant comment Drosophila utilise les représentations internes de la direction de la tête (HD) pour construire des représentations d’objectifs sur renforcement thermique sélectif. »
Les chercheurs ont mené des expériences sur des mouches à fruits communes (Drosophila melanogaster). Le comportement des mouches a été conditionné par la chaleur, qui a été associée à différentes instances de motifs visuels répétitifs.
Ces schémas visuels ont modifié les représentations internes de la HD des mouches, ce qui a permis aux chercheurs d’observer comment l’évolution des représentations de la HD interagissait avec les objectifs des mouches pour finalement façonner leur comportement. À l’aide d’algorithmes d’apprentissage automatique et de données collectées lors d’études antérieures sur les mouches à fruits, les chercheurs ont tenté de déterminer comment ces processus pourraient être exécutés dans une région du cerveau des insectes connue sous le nom de complexe central (CX).
« Nous montrons que les mouches utilisent des fixations générées de manière stochastique et des saccades dirigées pour exprimer leurs préférences de cap dans un paradigme d’apprentissage visuel opérant et que les neurones HD sont nécessaires pour modifier ces préférences en fonction du renforcement », ont écrit Dan, Hulse et leurs collègues. « Nous avons utilisé un cadre visuel symétrique pour exposer comment les représentations HD et d’objectif des mouches co-évoluent et comment la fiabilité de ces représentations en interaction impacte le comportement. »
Les résultats de cette étude récente offrent un nouvel aperçu de la manière dont les mouches cartographient simultanément leur environnement et lient des objectifs internes aux cartes créées tout en découvrant initialement un nouvel environnement. En analysant leurs données expérimentales et les résultats précédemment collectés à l’aide de modèles informatiques, les chercheurs ont ensuite créé un cadre décrivant la manière dont le cerveau des mouches à fruits soutient le comportement orienté vers un objectif des insectes dans de nouveaux environnements.
« Nous décrivons comment l’apprentissage rapide de nouveaux objectifs peut reposer sur une politique comportementale dont les paramètres sont flexibles mais dont la forme est génétiquement codée dans l’architecture des circuits », ont écrit Dan, Hulse et leurs collègues. « De telles architectures structurées de manière évolutive, qui permettent un comportement rapidement adaptatif guidé par des représentations internes, peuvent être pertinentes pour toutes les espèces. »
Les chercheurs ont mené leurs expériences sur des mouches à fruits, mais ils ont découvert que des architectures de circuits et des processus similaires à ceux qu’ils ont découverts pourraient également exister chez d’autres espèces. De futures études utilisant des techniques génétiques pourraient apporter un éclairage supplémentaire sur les cellules qui interviennent dans le processus d’apprentissage orienté vers un but identifié par les chercheurs ou pourraient aider à identifier des processus analogues chez d’autres animaux.
Plus d’informations :
Chuntao Dan et al, Une architecture de circuit neuronal pour un apprentissage rapide dans la navigation dirigée par un objectif, Neurone (2024). DOI : 10.1016/j.neuron.2024.04.036
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