Le GPS mental des vers les aide à trouver de la nourriture

Le GPS mental des vers les aide à trouver de la nourriture

Les scientifiques de Salk développent une théorie pour expliquer comment les animaux recueillent des informations et détournent l'attention

LA JOLLA–Vous avez égaré votre téléphone portable. Vous commencez par scanner où vous vous souvenez de l'avoir laissé : sur votre bureau. Vous vérifiez et revérifiez le bureau avant d'élargir votre recherche autour et en dessous du bureau. Finalement, vous passez de cette zone locale à une zone plus globale, élargissant votre recherche au reste de votre pièce et au-delà.

En ce qui concerne les animaux et la nourriture, une stratégie similaire est utilisée pour rechercher de la nourriture ("foraging"). Maintenant, les scientifiques de Salk ont ​​développé une théorie mathématique basée sur la recherche de nourriture par les ascaris qui prédit comment les animaux décident de passer d'une recherche localisée à une recherche très large. Cette nouvelle théorie pourrait commencer à expliquer le comportement animal d'une manière plus unifiée, jetant les bases de règles générales de comportement qui pourraient nous aider à comprendre les comportements complexes ou erratiques liés à l'attention, tels que le trouble déficitaire de l'attention avec hyperactivité (TDAH), et même nous laisser prédire comment les extraterrestres pourraient se comporter.

Les animaux recherchent intensément une zone locale (panneau du haut) avant de passer à l'exploration de la zone «globale» plus large (panneau du bas).

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Image : Avec l'aimable autorisation de l'Institut Salk d'études biologiques

« Comment décidez-vous quel itinéraire prendre pour rentrer chez vous ou sur quel problème travailler ? Cette théorie explore ce qui fait de nous des êtres humains – la façon dont nous prenons des décisions basées sur des informations partielles affecte tous les aspects de notre vie », déclare Tatiana Sharpee, professeur agrégé de Laboratoire de neurobiologie computationnelle de Salk et auteur principal de l'article, qui a été publié dans eLife sur Décembre 9, 2014.

Les vers et autres animaux suivent souvent une piste chimique (une odeur, par exemple) pour trouver leur nourriture. Mais lorsqu'aucun produit chimique n'est présent, ils passent à une recherche "infotaxis" où la collecte d'informations se produit à des étapes locales et mondiales plus discrètes.

"Ce qui est surprenant, c'est que ces organismes simples dotés d'un très petit système nerveux exécutent - ou se rapprochent - des stratégies de planification à long terme assez complexes, en plusieurs étapes", explique Sharpee.

Ce type de recherche revient à chercher un ami sur une plage bondée, dit Sreekanth Chalasani, professeur adjoint de Laboratoire de neurobiologie moléculaire, titulaire de la chaire de développement Helen McLoraine de Salk en neurobiologie et co-auteur principal de l'ouvrage. Si vous pensez que l'ami est sous un parapluie bleu, vous ne facturerez pas nécessairement le premier parapluie bleu que vous voyez. Vous effectuerez probablement d'abord une étude plus globale de la scène, en jetant un coup d'œil à tous les parapluies et en éliminant les zones où le bleu n'apparaît pas. Si vous ne trouvez toujours pas votre ami, vous élargirez votre recherche pour inclure d'autres lieux en plus des parapluies bleus. Même si vous perdez du temps, vous obtenez toujours beaucoup d'informations sur l'endroit où cette personne est susceptible de se trouver en vous concentrant sur des choses qui ne sont pas directement liées à votre cible.

Sreekanth Chalasani et Tatyana Sharpee

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"Rechercher des informations sur une cible est souvent préférable à la recherche de la cible elle-même", explique Chalasani. "Et ce que cet article confirme dans un modèle théorique, c'est que vous n'avez pas besoin de beaucoup de neurones pour effectuer ces recherches qui incluent le passage d'une recherche locale à une recherche globale - vous pouvez l'approximer en utilisant seulement trois neurones, comme dans le ver rond. C. elegans. »

La recherche réussie de nourriture est essentielle à la survie d'un animal. Précédemment, C. elegans il a été démontré que les vers effectuent une recherche intense d'une zone où ils pensent que la nourriture se trouve. Après environ 15 minutes, ils tournent moins et explorent une zone plus étendue. Étant donné que les vers n'avaient pas de gradient chimique à suivre, l'équipe a voulu explorer la stratégie sous-jacente du comportement des vers. En utilisant les données des études expérimentales de Chalasani, le laboratoire de Sharpee a développé des simulations virtuelles des vers pour modéliser leur comportement.

Bien que cette théorie de la maximisation de l'information ait été testée dans quelques types de comportement, Sharpee et d'autres pensent qu'elle pourrait fournir une base pour un cadre plus large et unifié pour comprendre différents types de comportement à travers les espèces, les cellules, les neurones et même des phénomènes à plus grande échelle, tels que que l'allocation des ressources.

Ensuite, les chercheurs prévoient de voir si l'ascaris peut - et dans quelle mesure - maintenir une carte mentale de sa recherche de nourriture et explorer les coûts énergétiques et les avantages de la recherche d'informations.

Les auteurs de l'article incluent Adam Calhoun du Université de Californie, San Diego, en plus de Sharpee et Chalasani.

Les travaux ont été financés par un National Science Foundation bourse de recherche aux cycles supérieurs, et la Institut UCSD pour le calcul neuronal bourse d'études supérieures à Adam Calhoun, le Fondation Rita Allen à Sreekanth Chalasani et un prix CAREER de la National Science Foundation National Institutes of Health, Fonds de dotation McKnight pour les neurosciences et le La Fondation Ray Thomas Edwards à Tatiana Sharpee.

À propos du Salk Institute for Biological Studies:
L'Institut Salk d'études biologiques est l'une des principales institutions de recherche fondamentale au monde, où des professeurs de renommée internationale étudient les questions fondamentales des sciences de la vie dans un environnement unique, collaboratif et créatif. Axés à la fois sur la découverte et sur le mentorat des futures générations de chercheurs, les scientifiques de Salk apportent des contributions révolutionnaires à notre compréhension du cancer, du vieillissement, de la maladie d'Alzheimer, du diabète et des maladies infectieuses en étudiant les neurosciences, la génétique, la biologie cellulaire et végétale et les disciplines connexes.

Les réalisations du corps professoral ont été récompensées par de nombreuses distinctions, notamment des prix Nobel et des adhésions à l'Académie nationale des sciences. Fondé en 1960 par Jonas Salk, MD, pionnier du vaccin contre la poliomyélite, l'Institut est une organisation indépendante à but non lucratif et un monument architectural.