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 collectent des informations et changent d'attention

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

En ce qui concerne les animaux et la nourriture, une stratégie similaire est utilisée pour rechercher de la nourriture (« fourrager »). 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 permettre d'expliquer le comportement animal de manière plus unifiée, jetant les bases de règles générales de comportement qui pourraient nous aider à comprendre les comportements attentionnels complexes ou erratiques, comme le trouble déficitaire de l'attention avec hyperactivité (TDAH), et même à prédire le comportement des extraterrestres.

Les animaux recherchent intensivement une zone locale (panneau supérieur) avant de passer à l’exploration de la zone « globale » plus vaste (panneau inférieur).

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Image : avec l'aimable autorisation du Salk Institute for Biological Studies

« Comment décidez-vous quel chemin prendre pour rentrer chez vous ou quel problème résoudre ? 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 », explique-t-elle. 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 en l'absence de substances chimiques, ils passent à une recherche « infotaxique » où la collecte d'informations se fait par étapes locales et globales plus discrètes.

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

Ce type de recherche est comme chercher un ami sur une plage bondée, dit-il. Sreekanth Chalasani, professeur adjoint de Laboratoire de neurobiologie moléculaire, titulaire de la chaire de développement Helen McLoraine en neurobiologie de Salk et co-auteur principal de l'ouvrage. Si vous pensez que votre ami se trouve sous un parapluie bleu, vous ne vous dirigerez pas forcément vers le premier parapluie bleu que vous verrez. Vous commencerez probablement par une analyse plus globale des lieux, en examinant tous les parapluies et en excluant les zones où le bleu n'apparaît pas. Si vous ne parvenez toujours pas à trouver votre ami, vous étendrez votre recherche à d'autres lieux que ceux situés sous les parapluies bleus. Même si vous perdez du temps, vous obtenez néanmoins de nombreuses informations sur l'endroit où cette personne est susceptible de se trouver en vous concentrant sur des éléments sans rapport direct avec votre cible.

Sreekanth Chalasani et Tatyana Sharpee

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Image : avec l'aimable autorisation du Salk Institute for Biological Studies

« Chercher des informations sur une cible est souvent plus efficace que de rechercher la cible elle-même », explique Chalasani. « Et ce que cet article confirme dans un modèle théorique, c'est qu'il n'est pas nécessaire d'avoir beaucoup de neurones pour effectuer ces recherches, qui impliquent de passer d'une recherche locale à une recherche globale ; on peut l'approcher en utilisant seulement trois neurones, comme chez l'ascaris. C. elegans. »

La recherche de nourriture est essentielle à la survie d'un animal. Auparavant, C. elegans Il a été démontré que les vers effectuent une recherche intensive dans une zone où ils pensent trouver de la nourriture. Après une quinzaine de minutes, ils se retournent moins et explorent une zone plus étendue. Comme les vers ne disposaient pas d'un gradient chimique à suivre, l'équipe a voulu explorer la stratégie sous-jacente à leur comportement. À partir des données des études expérimentales de Chalasani, le laboratoire de Sharpee a développé des simulations virtuelles des vers afin de modéliser leur comportement.

Bien que cette théorie de 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 l'allocation des ressources.

Ensuite, les chercheurs prévoient de voir si le ver rond peut – et dans quelle mesure – maintenir une carte mentale de sa recherche de nourriture et d’explorer les coûts énergétiques et les avantages de la recherche d’informations.

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

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

À propos du Salk Institute for Biological Studies :
Le Salk Institute for Biological Studies est l'un des principaux instituts de recherche fondamentale au monde. Des professeurs de renommée internationale y explorent des questions fondamentales des sciences de la vie dans un environnement unique, collaboratif et créatif. Axés à la fois sur la découverte et sur l'encadrement des futures générations de chercheurs, les scientifiques du Salk contribuent de manière révolutionnaire 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 de ses professeurs ont été récompensées par de nombreuses distinctions, dont des prix Nobel et des adhésions à l'Académie nationale des sciences. Fondé en 1960 par le Dr Jonas Salk, pionnier du vaccin contre la polio, l'Institut est une organisation indépendante à but non lucratif et un monument architectural.