Bat Research dévoile le câblage cérébral pour le comportement de groupe

Les mêmes neurones qui aident les chauves-souris à naviguer dans l’espace peuvent également les aider à naviguer dans des environnements sociaux collectifs, selon une nouvelle étude publiée aujourd’hui dans la revue Nature.

On pense que de nombreux mammifères – y compris les chauves-souris et les humains – naviguent à l’aide d’une structure cérébrale appelée hippocampe, qui code une « carte » mentale d’un environnement familier. Par exemple, lorsque vous vous promenez dans votre quartier ou que vous vous rendez au travail, des neurones individuels « placent » le feu de l'hippocampe pour indiquer où vous vous trouvez.

Dans la nouvelle étude, des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley ont utilisé des appareils d'enregistrement et d'imagerie neuronaux sans fil pour « écouter » l'activité cérébrale de l'hippocampe de groupes de chauves-souris frugivores égyptiennes alors qu'elles volaient librement dans une grande salle de vol – se déplaçant souvent parmi groupes sociaux étroitement regroupés – tandis que la technologie de suivi enregistrait les mouvements des chauves-souris.

Les chercheurs ont été surpris de constater que, dans ce contexte social, les neurones de localisation de la chauve-souris codaient bien plus d'informations que la simple localisation de l'animal. Lorsqu'une chauve-souris volait vers un point d'atterrissage, le déclenchement des neurones locaux contenait également des informations sur la présence ou l'absence d'une autre chauve-souris à cet endroit. Et lorsqu’une autre chauve-souris était présente, l’activité de ces neurones indiquait l’identité de la chauve-souris vers laquelle ils volaient.

"C'est l'un des premiers articles montrant une représentation de l'identité dans un cerveau non primate", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Michael Yartsev, professeur agrégé de bio-ingénierie et de neurosciences à l'UC Berkeley. "Et étonnamment, nous l'avons trouvé au cœur de ce qui était censé être le GPS du cerveau. Nous avons constaté qu'il agit toujours comme un GPS, mais qu'il est également adapté à la dynamique sociale de l'environnement."

Bien qu'ils ne soient pas aussi visuellement époustouflants qu'un banc de poissons ou un murmure d'oiseaux, les animaux hautement sociaux comme les humains et les chauves-souris présentent également des formes de comportement collectif, a déclaré le premier auteur de l'étude, Angelo Forli, chercheur postdoctoral au laboratoire NeuroBat de Yartsev.

"Les animaux sociaux, comme les humains, se coordonneront dans l'espace pour atteindre différents objectifs", a déclaré Forli. "Il peut s'agir simplement de rendre visite aux autres. Il peut s'agir de se déplacer ensemble, comme dans le cas de comportements collectifs classiques ou de jouer un match de football. Ou encore d'autres formes de coopération ou de conflit."

En raison de la complexité de l'expérience, Forli avait initialement des doutes quant à savoir si permettre à des groupes de chauves-souris de voler et d'interagir librement donnerait des résultats sur la base neuronale du comportement collectif. Il craignait que les mouvements des chauves-souris et leurs interactions sociales soient trop aléatoires pour découvrir des relations solides entre leur activité neuronale et leur comportement.

Il a donc été agréablement surpris lorsque les chauves-souris ont spontanément établi une poignée de lieux de repos spécifiques dans la salle de vol et ont suivi des trajectoires très similaires lorsqu'elles voyageaient parmi elles. Les chauves-souris ont également montré de fortes préférences pour voler vers des chauves-souris « amies » spécifiques, atterrissant souvent très près ou même les unes sur les autres.

"Nous avons constaté que si vous rassembliez un petit groupe de chauves-souris dans une pièce, elles ne se comporteraient pas de manière aléatoire, mais montreraient des modèles de comportement précis", a déclaré Forli. "Ils passaient du temps avec des individus spécifiques et leur montraient des endroits spécifiques et stables où ils aimaient aller."

Ces modèles de comportement précis ont permis à Forli d'identifier non seulement l'activité neuronale associée aux différentes trajectoires de vol, mais également la façon dont l'activité neuronale changeait en fonction de l'identité de la chauve-souris présente à l'emplacement cible et des mouvements des autres chauves-souris.

"En enregistrant seulement une poignée de neurones de cette structure cérébrale, nous pouvons vraiment savoir ce que faisaient les chauves-souris dans leur espace social", a déclaré Yartsev. "Nous avons pu savoir s'ils se dirigeaient vers un endroit vide ou vers un endroit où se trouvaient d'autres individus, ce qui est vraiment surprenant."

Ces dernières années, Yartsev et son laboratoire NeuroBat ont utilisé une variété d'appareils d'enregistrement neuronaux sans fil et de technologies de suivi des vols pour découvrir un certain nombre de détails surprenants sur le cerveau, notamment la façon dont l'activité neuronale des chauves-souris se synchronise pendant qu'elles socialisent ; comment l'activité du cortex frontal aide les chauves-souris à s'identifier par rapport aux autres lors des interactions vocales ; comment l'hippocampe des chauves-souris cartographie non seulement des emplacements spécifiques, mais aussi des trajectoires de vol complètes ; et même dans quelle mesure les souvenirs spatiaux stables pourraient être stockés dans le cerveau.