Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont débloqué des informations vitales sur le monde mystérieux de la navigation animale, en se concentrant spécifiquement sur la façon dont les souris choisissent différentes stratégies pour naviguer dans leur environnement.
La recherche, récemment publiée dans eVieaméliore considérablement notre compréhension des processus neuronaux complexes que les animaux utilisent pour s’orienter.
Objet de l’étude
La capacité des animaux à naviguer dans leur environnement est un phénomène resté largement énigmatique pour la communauté scientifique.
Bien que la navigation animale soit connue pour impliquer une gamme de stratégies, la manière exacte dont les animaux décident de la méthode à utiliser n’est pas claire.
Cette énigme a conduit les scientifiques à sonder la nature et la familiarité de l’environnement d’un animal pour déchiffrer le mécanisme sous-jacent.
Labyrinthe de Barnes
Traditionnellement, une méthode populaire pour explorer ces stratégies de navigation chez les rongeurs a été le labyrinthe de Barnes, où les créatures parcourent une arène circulaire jusqu’à ce qu’elles trouvent une boîte de fuite cachée sous plusieurs trous.
Cependant, l’efficacité du labyrinthe Barnes conventionnel a été remise en question, principalement parce qu’il suppose que les souris maintiennent la même stratégie tout au long d’un essai.
« Les labyrinthes typiques de Barnes fonctionnent en supposant que la même stratégie est maintenue tout au long d’un essai, il n’est donc pas clair s’ils capturent avec précision la gamme complète des stratégies de navigation utilisées par les souris », a déclaré le co-auteur principal Ju-Young Lee, Ph. .D. étudiant au Brain Science Institute, Korea Institute of Science and Technology (KIST).
Comment la recherche a été menée
L’équipe a développé une variante automatisée du Barnes Maze, leur permettant de randomiser les positions de départ et d’arrivée sans compromettre l’intégrité de l’expérience.
« Notre labyrinthe est similaire au labyrinthe de Barnes en ce sens que les souris explorent une arène ouverte et naviguent vers un objectif choisi parmi 24 portes régulièrement espacées le long du bord de l’arène. La différence avec la nôtre est qu’elle comporte deux objets lumineux à l’intérieur de l’arène comme repères d’orientation, et les souris commencent par le bord, au lieu du centre », a expliqué le co-auteur principal Dahee Jung.
Au cours d’une période d’examen méticuleux de 15 jours, les chercheurs ont surveillé de près 20 souris (10 mâles et 10 femelles) entreprenant le labyrinthe. Il s’en est suivi une phase d’acquisition intensive et une phase d’inversion, incluant un test à la sonde.
Ce que les chercheurs ont appris
Fait intéressant, malgré les variations dans la configuration du labyrinthe, ils ont découvert que les taux d’apprentissage et les stratégies spatiales étaient comparables à ceux rapportés dans le labyrinthe Barnes conventionnel. Cette découverte cruciale a encore validé leur approche.
Les chercheurs ont analysé comment les souris utilisaient les repères visuels et comment leurs schémas de navigation évoluaient au cours de l’essai. Ils ont remarqué que les souris affichaient une préférence pour les vestibules près de l’emplacement du but, soutenant la théorie selon laquelle des marqueurs lumineux guidaient leur conscience spatiale.
L’examen complexe de l’équipe les a amenés à conclure que les souris utilisaient un mélange de trois stratégies de navigation : recherche aléatoire, spatiale et en série. Cette approche à multiples facettes a exigé le développement de modèles combinant les trois stratégies, qui se sont avérées essentielles pour répliquer les résultats expérimentaux.
De nouveaux outils analytiques
« Notre étude fournit une nouvelle version du labyrinthe de Barnes et des outils analytiques qui nous ont permis de suivre le répertoire des stratégies de navigation chez la souris au fil du temps », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Sébastien Royer.
« Ces outils pourraient être combinés à l’avenir avec des approches optogénétiques et/ou pharmacogénétiques pour étudier les mécanismes neuronaux sous-jacents à la sélection de stratégies dans un environnement donné. »
Les éditeurs d’eLife soulignent l’importance d’étudier plus avant la façon dont le développement de la stratégie varie d’une souris à l’autre.
Implications de l’étude
En analysant les changements de stratégie au fil du temps pour chaque souris et en comparant la moyenne de la population, il peut être possible de débloquer des informations plus approfondies sur ces processus fascinants.
Les résultats de l’étude offrent une nouvelle perspective sur la question séculaire de la navigation animale.
Les résultats dotent également les scientifiques d’outils de pointe pour approfondir les voies neuronales qui guident ces décisions. Les applications de cette recherche pourraient s’étendre à des domaines tels que l’intelligence artificielle, la robotique et même la cognition humaine.
En savoir plus sur la navigation animale
La navigation animale fait référence à la capacité des animaux à trouver leur chemin sur des terrains inconnus. De nombreux animaux peuvent naviguer avec précision sur de longues distances. Cette capacité est cruciale pour des activités telles que la migration, la recherche de nourriture et l’établissement d’un territoire.
Mécanismes et indices utilisés pour la navigation des animaux
Compas magnétique
Certains animaux, comme certains oiseaux et tortues marines, peuvent sentir le champ magnétique terrestre et l’utiliser comme boussole. Ceci est particulièrement utile lors des migrations longue distance.
Boussole solaire
Les animaux comme les abeilles et les oiseaux peuvent utiliser la position du soleil dans le ciel comme guide directionnel. Ils compensent le mouvement du soleil dans le ciel grâce à leur horloge biologique interne.
Lumière polarisée
Certains insectes, comme les fourmis et les abeilles, peuvent détecter des modèles de lumière polarisée dans le ciel, qu’ils utilisent pour s’orienter.
Navigation stellaire
Certains animaux nocturnes, en particulier certains oiseaux, naviguent grâce aux étoiles. L’étoile polaire, par exemple, offre un point de référence fixe dans l’hémisphère nord.
Repères
Les caractéristiques physiques familières de l’environnement (comme les montagnes, les rivières ou les arbres) peuvent être utilisées comme points de référence.
Indices olfactifs
Certains animaux, comme le saumon, utilisent leur odorat pour retourner à leur lieu de naissance pour se reproduire. Ils peuvent détecter des signatures chimiques spécifiques dans l’eau.
Infrason
Les éléphants et certains oiseaux peuvent utiliser des infrasons (ondes sonores à basse fréquence) pour naviguer, captant des signaux de sources éloignées comme l’océan.
Apprentissage social
Certains animaux apprennent des itinéraires et des points de repère en suivant des individus plus âgés et plus expérimentés.
Intégration de chemin géométrique
Certains insectes, comme les fourmis du désert, gardent une trace de la direction et de la distance parcourue depuis un point de départ, ce qui leur permet d’y retourner directement.
Cartes visuelles
Les pigeons, par exemple, sont censés créer des cartes visuelles basées sur leur environnement, qu’ils utilisent pour la navigation.
Chaque espèce peut s’appuyer sur une ou une combinaison de ces méthodes, en fonction de ses besoins spécifiques, de son environnement et de son histoire évolutive.
L’étude de la navigation animale donne un aperçu non seulement des capacités étonnantes des animaux, mais également des technologies et des systèmes potentiels que les humains pourraient développer pour la navigation.
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