Une nouvelle étude montre comment les cerveaux des chauves-souris frugivores égyptiennes sont hautement spécialisés pour l’écholocation et le vol, avec des zones motrices du cortex cérébral qui sont dédiées à la production de sonar et au contrôle des ailes. Les travaux des chercheurs de l’UC Davis et de l’UC Berkeley ont été publiés le 25 mai dans Biologie actuelle.
Le laboratoire du professeur Leah Krubitzer au UC Davis Center for Neuroscience étudie comment l’évolution produit des variations dans l’organisation cérébrale d’une grande variété de mammifères, y compris les opossums, les musaraignes arboricoles, les rongeurs et les primates. Cette approche de neurobiologie comparative montre comment l’évolution et le développement influencent l’organisation cérébrale.
Bien que les chauves-souris représentent un quart de toutes les espèces de mammifères vivants, c’est la première fois que le cortex moteur complet d’une chauve-souris est cartographié, a déclaré le premier auteur Andrew Halley, chercheur postdoctoral au laboratoire de Krubitzer.
Les chercheurs ont utilisé des électrodes pour stimuler différentes zones du cortex moteur chez des chauves-souris anesthésiées afin de déterminer les mouvements des muscles et des membres produits par la stimulation. Alors que les théories classiques de l’organisation du cortex moteur supposent que les muscles individuels sont représentés dans le cortex moteur, la nouvelle étude a trouvé des preuves de mouvements complexes dans diverses régions du corps.
« Ce que nous avons découvert à la place, c’est que les zones du cerveau représentent des synergies communes de muscles, plutôt que des muscles individuels », a déclaré Krubitzer.
La chauve-souris frugivore égyptienne ( Rousettus aegyptiacus ) est inhabituelle parmi les chauves-souris car elle écholocalise en utilisant sa langue plutôt que son larynx (ce dernier étant la méthode utilisée par la plupart des chauves-souris écholocalisantes). Les chauves-souris frugivores égyptiennes sont connues pour avoir un contrôle moteur précis de leur langue et sont capables de diriger des faisceaux de sonar dans différentes directions simplement en manipulant leur langue dans leur bouche, sans bouger la tête.
En conséquence, le cortex moteur de l’animal a une région inhabituellement grande qui représente les mouvements de la langue, a déclaré Halley. Plus de 40 % du cortex sensoriel et moteur qui a été stimulé a produit des mouvements de la langue, bien plus que chez d’autres espèces étudiées, comme les primates et les rongeurs.
Cette étude fait partie d’un projet comparatif plus vaste du laboratoire de Krubitzer qui a montré que les régions motrices du cerveau sont organisées en fonction des différences dans leurs corps et leurs comportements. « Si vous regardez un macaque rhésus, une grande partie du cortex est consacrée à la préhension », a déclaré Krubitzer. De même, chez l’homme, les mains sont fortement représentées.
Coordonner les membres antérieurs et postérieurs pour le vol
L’aile d’une chauve-souris est composée de membranes qui s’étendent sur les « doigts » de sa patte avant et remontent jusqu’à sa patte arrière et sa queue. Le mouvement de l’une de ces parties du corps peut affecter la forme de l’aile et modifier la trajectoire de vol. Les chercheurs ont découvert que peu de zones du cortex moteur représentaient uniquement le mouvement des membres antérieurs. Au lieu de cela, la grande majorité du cortex représentait des mouvements synergiques des épaules et des membres postérieurs. Cela reflète le fait que lorsque ces chauves-souris volent, la puissance du mouvement des ailes provient des muscles de l’épaule, tandis que les ajustements fins nécessaires au vol proviennent des mouvements coordonnés des muscles de l’épaule et des membres postérieurs.
Alors que les mouvements des membres antérieurs étaient généralement couplés à ceux des membres postérieurs, d’autres zones du cortex produisaient des mouvements des muscles des membres postérieurs seuls. Ceux-ci sont probablement impliqués dans les comportements locomoteurs des chauves-souris, » se promenant » dans les arbres en agrippant les branches avec leurs membres postérieurs.
L’examen de l’organisation cérébrale d’une grande variété de mammifères nous aide à mieux comprendre notre propre cerveau, a déclaré Krubitzer.
« Lorsque nous pouvons regarder à travers les espèces, cela devient une approche vraiment puissante pour faire des extrapolations à la condition humaine », a-t-elle déclaré.
Les autres coauteurs de l’étude sont : Mary Baldwin, Mackenzie Englund et Carlos Pineda à UC Davis ; Dylan Cooke, Université Simon Fraser, Canada; Tobias Schmid et Michael Yartsev, UC Berkeley.
Andrew C. Halley et al, Coévolution du cortex moteur et des spécialisations comportementales associées au vol et à l’écholocation chez les chauves-souris, Biologie actuelle (2022). DOI : 10.1016/j.cub.2022.04.094