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Regarder dans le cerveau d'un oiseau
Vous êtes-vous déjà demandé ce qui se passe dans la tête d'un oiseau lorsqu'il vole dans le ciel ? Les scientifiques sont maintenant à un pas de plus pour le découvrir. Une étude publiée aujourd'hui dans Biologie actuelle utilisé un petit appareil pour enregistrer l'activité cérébrale des pigeons voyageurs pendant qu'ils effectuaient des vols d'entraînement ; en associant l'appareil au GPS, les scientifiques ont pu déterminer comment le cerveau des oiseaux réagissait à différents points de repère tout au long de leur voyage. C'est la première fois qu'une telle technologie est utilisée chez des oiseaux en vol libre, et elle ouvre une nouvelle perspective sur la façon dont les animaux réagissent à leur environnement en dehors du laboratoire.
Boîte de cerveau : Un petit appareil de neurologue apposé sur la tête d'un pigeon fournit une fenêtre sur son activité cérébrale alors qu'il rentre chez lui.
Les pigeons voyageurs, qui sont entraînés à retourner dans leur colombier d'origine, peuvent faire le voyage de retour même lorsqu'ils sont relâchés d'endroits inconnus à des centaines de kilomètres. Mais comment ils gèrent cet exploit a intrigué les scientifiques pendant des décennies. Les recherches antérieures consistaient simplement à observer où les oiseaux se dirigeaient, mais des études récentes avec GPS ont créé une image plus détaillée. Lorsque les pigeons sont loin, ils semblent utiliser une combinaison d'indices pour déterminer l'emplacement de leur maison : la position du soleil, le champ magnétique de la planète et même les odeurs dans l'air. Mais lorsqu'ils sont plus près de chez eux, les oiseaux semblent s'appuyer sur des points de repère et des routes familiers pour se guider.
Pour la nouvelle étude, 26 oiseaux ont été anesthésiés et des électrodes ont été placées à la surface de leur cerveau à travers de petits trous dans le crâne. Un petit appareil d'électroencéphalographie (EEG) a été apposé sur la tête de chaque oiseau et attaché aux électrodes. Les oiseaux ont également reçu des sacs à dos portant un moniteur GPS qui a enregistré leur position au fil du temps. Alexeï Vyssotski , un neuroscientifique comportemental à l'Université de Zurich qui a dirigé l'étude, explique que son équipe a décidé de relâcher les oiseaux de la mer, à environ 30 kilomètres de leur pigeonnier d'origine, afin qu'ils aient à traverser un environnement relativement sans relief avant de traverser une terre familière.
L'EEG mesure l'activité électrique des neurones du cerveau, révélant différents schémas selon l'état de conscience de l'animal. Lorsque les scientifiques ont analysé les données EEG d'une série de vols, ils ont pu identifier au moins trois bandes de fréquences d'ondes cérébrales qui semblaient être importantes dans le comportement de vol. Ils pourraient ensuite tracer comment ces bandes de fréquences ont changé à différentes positions tout au long du voyage.
Vyssotski dit que les ondes cérébrales à basse fréquence semblaient plus fortes lorsque quelque chose attirait l'attention des oiseaux : lorsqu'ils passaient au-dessus de points de repère ou d'autres sites d'intérêt. Ces fréquences étaient faibles lorsque les oiseaux ont commencé leur voyage sur l'eau, mais se sont considérablement renforcées lorsqu'ils ont traversé la terre. Les chercheurs ont même pu corréler l'activité cérébrale à des points de repère spécifiques. Par exemple, une caractéristique visuelle frappante à gauche des oiseaux – une grande mine à ciel ouvert – a fait dévier brièvement certains oiseaux de leur trajectoire. Ce faisant, les chercheurs ont constaté une augmentation de l'activité dans l'hémisphère droit du cerveau, ce qui est cohérent avec le fait que les oiseaux traitent les informations visuelles de chaque œil dans l'hémisphère opposé. Dans un autre cas, les pigeons se sont rendus à deux endroits apparemment inintéressants sur terre, ce qui a intrigué les chercheurs jusqu'à ce qu'ils visitent les sites et se rendent compte que l'intérêt n'était pas de navigation : c'étaient des sites où traînaient des troupeaux de pigeons sauvages.
Les bandes de fréquences plus élevées sont encore plus intrigantes, dit Vyssotski, car elles peuvent refléter un processus cognitif. Ces fréquences étaient les plus actives au début du voyage, lorsque les oiseaux s'orientaient. Il dit que l'activité peut être en corrélation avec le processus de recherche de leur chemin, mais une étude plus approfondie sera nécessaire pour le confirmer.
L'étude est une approche entièrement nouvelle, dit Dora Bureau , un scientifique de l'Université d'Oxford qui a déjà utilisé le GPS pour comprendre comment les pigeons voyageurs utilisent les repères lorsqu'ils survolent des endroits familiers. Elle dit que les données confirment un nombre croissant de preuves que les pigeons s'appuient sur des repères visuels dans le paysage pour se déplacer. L'utilisation de signatures EEG pour identifier les zones d'intérêt pour les oiseaux, dit-elle, ouvre une toute nouvelle fenêtre d'observation sur la façon dont les oiseaux en vol perçoivent, mémorisent, interprètent et utilisent leur environnement visuel. Une question importante, dit-elle, est le rôle de la familiarité dans leur activité cérébrale. Dans cette étude, les oiseaux n'ont pas été relâchés assez loin de chez eux pour que les chercheurs puissent voir comment leur cerveau réagissait à des caractéristiques complètement inconnues.
György Buzsaki , neuroscientifique et expert EEG à l'Université Rutgers, déclare que les données EEG sont assez frappantes et surprenantes, en particulier les grands changements entre la navigation sur mer et sur terre. Il ajoute que l'on sait très peu de choses sur les schémas EEG chez les oiseaux, il y a donc encore beaucoup de travail à faire pour interpréter les signaux. Les futurs appareils qui prennent des mesures à plus haute résolution – peut-être même en détectant des changements dans des neurones uniques – pourraient aider à clarifier ce qui se passe dans le cerveau des oiseaux.
L'appareil utilisé par ces chercheurs, qu'ils appellent un neurologger, a été utilisé dans une autre étude publiée, qui a analysé les habitudes de sommeil des paresseux et a découvert que les animaux ne dorment pas autant que leur réputation le suggère. Niels Rattenborg , un scientifique de l'Institut Max Planck d'ornithologie qui a dirigé l'étude sur la paresse, utilise actuellement l'appareil pour étudier les habitudes de sommeil des oiseaux dans la nature. La grande majorité de ce que nous savons sur le fonctionnement du cerveau provient d'animaux confinés en laboratoire, explique Rattenborg. Le neurologger, dit-il, permet d'amener le laboratoire sur le terrain, donnant aux chercheurs une chance d'étudier comment les animaux utilisent leur cerveau sur leur propre terrain.