Ce que les fourmis gelées peuvent nous dire sur le fonctionnement de leur mémoire

Nous, les humains, sommes des navigateurs polyvalents et accomplis, mais les insectes pourraient avoir des compétences de navigation encore meilleures. Pour eux, c’est littéralement une question de vie ou de mort – et c’est pourquoi nous avons décidé de congeler des fourmis et des coléoptères (ne vous inquiétez pas, ils ont quand même survécu) pour en savoir plus sur la façon dont ils se souviennent de leur retour à la maison après une sortie.

Leurs compétences sont assez impressionnantes. Les fourmis vivant dans les salines sahariennes peuvent parcourir plus d’un kilomètre, connaissant à tout moment leur position par rapport à leur nid. Il n’y a pas de points de repère ou d’autres caractéristiques sur ce terrain pour aider les fourmis à reconnaître où elles se trouvent.

Au lieu de cela, à l’instar des grands explorateurs, tels que Christophe Colomb et Ferdinand Magellan, les fourmis utilisent la position du Soleil dans le ciel comme boussole et leur propre mouvement pour estimer les distances. Si vous connaissez la direction et la distance à laquelle vous vous êtes éloigné de chez vous, vous pouvez tracer une ligne pointant vers celle-ci. Cela permet aux fourmis de rentrer chez elles en toute sécurité après avoir trouvé de la nourriture.

Pour donner une idée de ce que font ces insectes remarquables, considérons qu’un kilomètre correspond à environ 100 000 fois la longueur du corps d’une fourmi. Cela équivaut à un humain marchant de New York à Washington, DC, puis retour, sachant à tout moment la bonne direction et la distance qu’il doit parcourir sans utiliser de points de repère.

Nous voulions en savoir plus sur la façon dont ils le font.

Dans le cerveau des insectes

Grâce aux développements récents de la microscopie et de la génétique, les scientifiques ont pu faire en sorte que différentes cellules cérébrales émettent différentes couleurs de lumière.

Cette énorme réalisation a permis aux chercheurs de distinguer les neurones individuels et de démêler la façon dont ils se connectent les uns aux autres dans les spaghettis neuronaux qui composent le cerveau.

La technique a été utilisée pour voir comment le cerveau d’un insecte garde une trace de sa direction et pour identifier les cellules cérébrales qui codent la vitesse d’un insecte pendant qu’il se déplace.

Avec cette information, son cerveau peut calculer la distance parcourue en ajoutant constamment sa vitesse actuelle à sa mémoire pendant le trajet.

La direction et la distance parcourue par l’insecte sont codées par les neurones de son cerveau lorsqu’il s’éloigne de son nid. Mais comment cela est-il stocké dans leur mémoire pour qu’ils puissent retrouver leur chemin ?

Enquêter sur la mémoire

Pour être honnête, c’était une énigme assez déroutante. Les insectes navigateurs rapides doivent constamment mettre à jour leur mémoire de direction et de distance à la volée, et peuvent pourtant s’en souvenir pendant plusieurs jours.

Ces deux aspects de la mémoire – mise à jour rapide et longue durée – sont généralement considérés comme incompatibles, mais les insectes semblent réussir à les combiner.

Nous avons entrepris d’étudier exactement comment les insectes parviennent à se rappeler des souvenirs constamment mis à jour sur une longue période de temps – et nous avons décidé que la congélation des insectes était le meilleur moyen de trouver la réponse.

Cela semble étrange, je sais, mais laissez-moi vous expliquer pourquoi.

Les anesthésiologistes savent que lorsqu’une personne est sous anesthésie, elle oublie certaines choses qui se sont passées avant l’anesthésie, mais s’en souvient d’autres, selon la façon dont ces souvenirs sont stockés.

La chose la plus proche de l’anesthésie pour les insectes est de les refroidir. Lorsque leur température est réduite à la température de la glace fondante (0 ºC), l’activité électrique dans le cerveau s’arrête et les insectes tombent dans le coma.

Si leurs souvenirs de direction et de distance sont maintenus en tant qu’activité électrique à court terme, ils seront effacés lorsqu’ils seront gelés – mais s’ils sont stockés dans des synapses entre les neurones (en tant que souvenirs de longue durée), ils seront maintenus.

Ainsi, nous avons capturé des fourmis et des coléoptères lorsqu’ils étaient loin de leurs nids et les avons refroidis à la température de la glace fondante (0 ºC) pendant 30 minutes. Ensuite, nous les avons remis à température ambiante et, une fois qu’ils ont récupéré, nous les avons relâchés dans un endroit inconnu pour voir ce qu’ils feraient.

En règle générale, lorsque ces insectes sont relâchés dans un endroit inconnu de leur environnement domestique, ils courent directement vers l’endroit où leur nid aurait été s’ils n’avaient pas été déplacés.

C’est-à-dire qu’ils courraient parallèlement à leur chemin normal, et une fois qu’ils auraient parcouru la distance prévue, ils commenceraient à chercher l’entrée de leur nid.

Mais nous avons constaté que les insectes qui avaient été congelés se déplaçaient dans la direction prévue, mais avaient oublié la distance qu’ils devaient parcourir – cela signifiait qu’ils avaient commencé trop tôt à chercher l’entrée de leur nid.

Il était initialement surprenant que la mémoire de distance se détériore alors que la mémoire de direction était préservée – ce résultat ne produisait pas la distinction claire entre la mémoire à court terme (oubliée) et la mémoire à long terme (préservée) que nous avions attendue.

Mais nous pensons que la meilleure explication du phénomène n’est pas deux mémoires distinctes, mais une mémoire commune qui encode à la fois la direction et la distance combinées – et se désintègre partiellement lorsqu’elle est gelée.

Voici comment nous pensons que cela fonctionne.

Imaginez qu’au lieu de vous souvenir d’une distance et d’une direction (ou d’un angle), vous vous souveniez de votre position en coordonnées xy, c’est-à-dire le système de coordonnées cartésien que nous avons appris à l’école.

Ensuite, si vous perdez une partie de votre mémoire, vos valeurs x et y seront réduites, et en supposant que vous perdez une proportion similaire de mémoire dans les deux axes, vous vous retrouvez avec une distance plus courte mais toujours le même angle ou direction.

Il semble que les insectes utilisaient des systèmes de coordonnées cartésiennes pour rentrer chez eux bien avant que René Descartes n’en formalise le concept. À quel point cela est cool?

Que nous soyons humains ou insectes, nous avons tous besoin de rentrer chez nous. Apprendre comment les cerveaux des insectes se souviennent nous aidera à comprendre comment nous, les humains, le faisons aussi.

Ioannis Pisokas, candidat au doctorat en neurosciences computationnelles et biorobotique, Université d’Édimbourg ; Ajay Narendra, maître de conférences à l’École des sciences naturelles, Université Macquarie, et Ayse Yilmaz-Heusinger, chercheuse postdoctorale en zoologie fonctionnelle, Université de Lund.

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article d’origine.

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