Des chercheurs parviennent à « lire » l’esprit d’une méduse › Geeky News

Pour mieux comprendre les circuits précis des cellules cérébrales qui orchestrent tous nos comportements quotidiens, une équipe de Caltech a développé une nouvelle « boîte à outils » génétique qui leur permet de visualiser l’activité de minuscules neurones, les méduses, en temps réel. Ses travaux ne nous aident pas seulement à comprendre le système nerveux de ces animaux, ils peuvent également nous aider à améliorer notre compréhension des systèmes neuronaux plus complexes.

Le cerveau humain compte 100 milliards de neurones, reliés entre eux par 100 000 milliards de connexions. Cela rend incroyablement difficile pour les neuroscientifiques de comprendre quels circuits précis sont impliqués dans chacune de nos actions ou émotions. Pour tenter d’obtenir des réponses, les chercheurs de Caltech ont entrepris de modifier génétiquement la minuscule méduse, Clytia hemisphaerica, afin de pouvoir observer le fonctionnement de son système nerveux.

Les méduses sont des organismes sans cerveau à symétrie radiale qui sont apparus il y a plus de 500 millions d’années. Leurs comportements sont basés sur des interactions coordonnées entre différentes parties de leur corps, qui fonctionnent de manière autonome. Les chercheurs ont modifié leurs méduses pour que leurs neurones brillent individuellement sous une lumière fluorescente lorsqu’ils sont actifs. Les méduses étant transparentes, il était facile pour les chercheurs d’observer leur activité neuronale dans différents environnements.

Un système nerveux décentralisé

L’objectif était alors de « lire » dans l’esprit des méduses lorsqu’elles se nourrissent, nagent, échappent à des prédateurs, etc., pour comprendre comment leur « cerveau », relativement simple par rapport aux autres espèces, parvient à coordonner leur comportement. À première vue, le choix de l’animal peut paraître surprenant ; en effet, d’un point de vue génétique, la plupart des organismes couramment utilisés comme modèles de laboratoire (souris, poissons, mouches, vers) sont plus proches les uns des autres qu’à une méduse.

Clytia hemisphaerica, vue de dessus. L’animal rond et transparent mesure environ un centimètre de diamètre ; il a une bouche centrale et des tentacules uniformément disposés sur ses bords extérieurs. © B. Weissbourd / J. DeGiorgis

Mais c’est précisément cet éloignement qui a suscité l’intérêt des scientifiques.  » [Les méduses] Posons-nous des questions telles que : existe-t-il des principes neuroscientifiques communs à tous les systèmes nerveux ? Ou, comment auraient-ils pu être les premiers systèmes nerveux ? « Explique Brady Weissbourd, spécialiste en génie biologique de CalTech et premier auteur de l’étude. Le fait que ces animaux soient petits et transparents est aussi un atout indéniable pour mener des recherches en neurosciences. « On peut placer une méduse entière vivante sous un microscope et avoir accès à tout le système nerveux en même temps », ajoute le chercheur.

Ce qui différencie principalement les méduses des autres espèces, c’est que leur système nerveux n’est pas centralisé : les quelque 10 000 neurones qui la composent sont répartis dans tout leur corps (ils ne sont donc pas regroupés dans un seul cerveau et moelle épinière comme dans le corps humain). Par conséquent, chaque partie de votre corps peut fonctionner indépendamment ; Par exemple, la bouche d’une méduse enlevée chirurgicalement peut continuer à fonctionner même sans le reste du corps. Ce système nerveux atypique a permis aux méduses de survivre pendant des centaines de millions d’années, c’est pourquoi les scientifiques s’y intéressent tant.

À l’aide de nouveaux outils génétiques, les chercheurs ont commencé par examiner les circuits neuronaux associés aux comportements alimentaires de l’animal. Il s’avère que lorsque la méduse se nourrit, elle rapproche le tentacule qui retient la proie de sa bouche, tout en rapprochant sa bouche du tentacule. L’équipe cherchait à comprendre comment le système nerveux de l’animal coordonne ces deux mouvements.

Comportement contrôlé par un sous-réseau de neurones

En regardant les signaux lumineux émis par les neurones à ce moment précis, les chercheurs ont constaté qu’un sous-réseau de neurones, qui produit un neuropeptide particulier (comme le RFamide), était responsable du mouvement qui permettait le transfert des aliments vers la bouche. De plus, de manière inattendue, le réseau neuronal au niveau du parapluie, le « chapeau » de la méduse, a montré un certain degré d’organisation, bien que les scientifiques pensaient qu’il était totalement non structuré.  » [Ce réseau] il est en fait subdivisé en plaques de neurones actifs disposés en tranches, comme des tranches sur une pizza », explique David Anderson, directeur du Chen Institute for Neuroscience à Caltech et co-auteur de l’étude.

Le réseau de neurones situé au plus près du tentacule qui a attrapé la proie est activé en priorité et initie le mouvement permettant le transfert de nourriture vers la bouche. © B. Weissbourd et al.

Lorsqu’une méduse attrape une proie avec l’un de ses tentacules, les neurones de la « tranche de pizza » la plus proche de ce tentacule se déclenchent en premier, provoquant le repli de cette partie du parapluie dans le corps pour lui apporter de la nourriture. la bouche, explique le spécialiste. Un phénomène qui n’a pu être observé que grâce aux modifications génétiques réalisées par l’équipe. Les chercheurs ont également signalé que l’ablation des neurones peptidergiques privait les méduses de cette capacité à se nourrir ; en revanche, les fonctions de mobilité et de défense sont restées intactes.

Comprendre comment les tentacules, le parapluie et la bouche se coordonnent les uns avec les autres permettra aux chercheurs d’aborder des questions plus larges concernant le rôle de la modularité dans le système nerveux et, en particulier, comment ces modules se coordonnent. Ces méduses transgéniques permettent d’obtenir une image complète de leur organisme et l’ablation éventuelle de sous-types neuronaux spécifiques, ce qui permet d’envisager diverses expérimentations. « Dans de futurs travaux, nous aimerions utiliser cette méduse comme plate-forme traçable pour comprendre précisément comment des systèmes neuronaux entiers déterminent le comportement », conclut Weissbourd.

Cell, B. Weissbourd et al.