Les neurones des oiseaux chanteurs pour la cognition avancée reflètent la physiologie de leurs homologues mammifères –

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  • Des neuroscientifiques de l’Université du Massachusetts à Amherst examinant des neurones génétiquement identifiés dans le cerveau antérieur d’un oiseau chanteur ont découvert un paysage remarquable de physiologie, de codage auditif et de rôles de réseau qui reflétaient ceux du cerveau des mammifères.

    La recherche, publiée le 13 mai dans Biologie actuelle, permet de mieux comprendre le fonctionnement fondamental des circuits cérébraux complexes. Cela suggère que d’anciens types de cellules dans le pallium – les régions externes du cerveau qui incluent le cortex – ont très probablement conservé des caractéristiques sur des millions d’années qui sont les éléments constitutifs de la cognition avancée chez les oiseaux et les mammifères.

    «En tant que neuroscientifiques, nous comprenons que les oiseaux peuvent faire des choses sophistiquées et qu’ils ont des circuits sophistiqués pour faire ces choses», déclare le neuroscientifique comportemental Luke Remage-Healey, professeur agrégé de sciences psychologiques et cérébrales et auteur principal de l’article.

    Pour la première fois, l’équipe de neuroscientifiques, dont l’auteur principal Jeremy Spool, qui a travaillé comme stagiaire postdoctoral des National Institutes of Health (NIH) dans le laboratoire de Remage-Healey, a utilisé l’optogénétique virale pour définir les identités moléculaires des types de cellules excitatrices et inhibitrices dans les pinsons zébrés (Taeniopygia guttata) et les associer à leurs propriétés physiologiques.

    «Dans la communauté des oiseaux chanteurs, nous avons depuis longtemps l’intuition que lorsque nous enregistrons les signatures électriques de ces deux types de cellules, nous disons – ‘c’est un neurone excitateur putatif, c’est un neurone inhibiteur putatif.’ Nous savons maintenant que ces caractéristiques sont fondées sur la vérité moléculaire », explique Remage-Healey. “Sans être en mesure d’identifier les types de cellules avec ces virus, nous ne pourrions pas apprendre comment les caractéristiques de la cellule et du réseau ressemblent à celles des mammifères, parce que les architectures cérébrales sont si différentes.”

    L’équipe de recherche a utilisé des virus d’une collection organisée par le co-auteur Yoko Yazaki-Sugiyama de l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa au Japon pour mener des expériences optogénétiques virales dans le cerveau. Avec l’optogénétique, l’équipe a utilisé des éclairs de lumière pour manipuler un type de cellule indépendamment de l’autre. L’équipe a ciblé les neurones excitateurs et inhibiteurs (en utilisant respectivement les promoteurs CaMKII ™ et GAD1) ​​dans le pallium auditif du pinson zèbre pour tester les prédictions basées sur le pallium des mammifères.

    «Il y a tellement de travail sur la physiologie de ces différents types de cellules dans le cortex des mammifères que nous avons pu aligner une série de prédictions sur les caractéristiques que les oiseaux peuvent ou non avoir», explique Spool.

    Le CaMKII? et les populations de GAD1 chez l’oiseau chanteur étaient distinctes «exactement dans les proportions que vous attendez du cerveau des mammifères», explique Spool. Une fois les populations de type cellulaire isolées, les chercheurs ont ensuite examiné systématiquement si chaque population correspondrait à la physiologie de leurs homologues mammifères.

    «Au fur et à mesure que nous avançions, ces populations de cellules agissaient encore et encore comme si elles provenaient essentiellement du cortex des mammifères de nombreuses manières physiologiques», explique Spool.

    Remage-Healey ajoute: “La correspondance entre le cortex chez les mammifères et ce que nous tirons avec les types de cellules identifiées moléculairement chez les oiseaux est assez frappante.”

    Chez les oiseaux et les mammifères, on pense que ces neurones prennent en charge des fonctions cognitives avancées, telles que la mémoire, la reconnaissance individuelle et l’apprentissage associatif, explique Spool.

    Remage-Healey dit que la recherche, soutenue par des subventions du NIH, aide à délimiter «les rouages ​​de base du fonctionnement du cerveau». Connaître les écrous et les boulons jette les bases nécessaires pour développer des percées qui pourraient conduire à des interventions neurologiques pour les troubles cérébraux.

    «Cela peut nous aider à comprendre ce qu’est la diversité cérébrale en déballant ces circuits et les façons dont ils peuvent mal tourner», explique Remage-Healey.

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