Comment les mouches des fruits utilisent les représentations internes de la direction de la tête pour soutenir la navigation dirigée par les objectifs

Le 31 août 2024 fonctionnalité Cet article a été examiné selon le processus éditorial et les politiques de Science X. 

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par Ingrid Fadelli, Phys.org

 Le comportement animal est connu pour dépendre de la transformation de l'information sensorielle en commandes moteur, souvent influencée 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 pourraient également guider le comportement de petits organismes vivants, y compris les insectes. Pour planifier leurs actions lorsque les indices sensoriels ne sont pas disponibles, certains animaux ont évolué pour plutôt dépendre des représentations internes de leur relation avec leur environnement. 

Ces représentations pourraient inclure des informations relatives à la direction de la tête ou collectées par des cellules de lieu, des neurones dans l'hippocampe qui forment des 'cartes' internes des environnements. Des chercheurs de l'Institut médical Howard Hughes ont récemment exploré la façon dont les drosophiles (mouches des fruits) cartographient simultanément de nouveaux environnements et utilisent ces représentations internes pour apprendre quels objectifs poursuivre. Leur article, publié dans Neuron, offre de nouvelles perspectives sur la façon dont les représentations internes peuvent guider le comportement dirigé par les objectifs des animaux. "Amarrer les objectifs aux représentations spatiales permet une navigation flexible mais est difficile dans des environnements nouveaux lorsque les deux représentations doivent être acquises simultanément," ont écrit Chuntao Dan, Brad K. Hulse et leurs collègues dans leur article. 

"Nous proposons un cadre pour comprendre comment la drosophile utilise les représentations internes de la direction de la tête (HD) pour construire des représentations d'objectifs grâce au renforcement thermique sélectif." Les chercheurs ont mené des expériences sur des drosophiles communes (Drosophila melanogaster). 

Le comportement des mouches a été conditionné à l'aide de la chaleur, qui était liée à différentes instances de motifs visuels répétitifs. Ces motifs visuels ont modifié les représentations internes de HD des mouches, permettant aux chercheurs d'observer comment l'évolution des représentations de HD interagissait avec les objectifs des mouches pour finalement façonner leur comportement. 

En utilisant des algorithmes d'apprentissage automatique et des données collectées lors d'études précédentes sur les drosophiles, les chercheurs ont tenté de déterminer comment ces processus pourraient être réalisés dans une région du cerveau des insectes appelée complexe central (CX). "Nos résultats montrent que les mouches utilisent des fixations générées de manière stochastique et des saccades dirigées pour exprimer des préférences de direction dans un paradigme d'apprentissage visuel opérant et que les neurones de HD sont nécessaires pour modifier ces préférences sur la base du renforcement," ont écrit Dan, Hulse et leurs collègues. "Nous avons utilisé un arrangement visuel symétrique pour montrer comment les représentations de HD et d'objectifs des mouches co-évoluent et comment la fiabilité de ces représentations interactives impacte le comportement." 

Les conclusions de cette étude récente offrent de nouvelles perspectives sur la façon dont les mouches cartographient simultanément leur environnement et relient des objectifs internes aux cartes créées tout en expérimentant 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 comment le cerveau des drosophiles supporte le comportement dirigé par les objectifs des insectes dans de nouveaux environnements. "Nous décrivons comment l'apprentissage rapide de nouvelles directions d'objectifs peut reposer sur une politique comportementale dont les paramètres sont flexibles mais dont la forme est codée génétiquement dans l'architecture des circuits," ont écrit Dan, Hulse et leurs collègues. 

"De telles architectures structurées évolutivement, qui permettent un comportement rapidement adaptatif basé sur des représentations internes, peuvent être pertinentes chez différentes espèces." Alors que l'équipe a mené ses expériences sur des mouches des fruits, des architectures de circuits et des processus semblables à ceux qu'ils ont découverts pourraient également exister chez d'autres espèces. Des études futures utilisant des techniques génétiques pourraient éclairer davantage les cellules qui médiatisent le processus d'apprentissage dirigé par les objectifs identifié par les chercheurs ou pourraient aider à identifier des processus analogues chez d'autres animaux. Plus d'informations : Chuntao Dan et al, Architecture d'un circuit neuronal pour un apprentissage rapide en navigation dirigée par des objectifs, Neuron (2024). DOI : 10.1016/j.neuron.2024.04.036 Informations sur la revue : Neuron © 2024 Science X Network