Comment les seiches pensent en dehors du cerveau

Les seiches, comme leurs congénères céphalopodes calmars et poulpes, sont connues pour leurs comportements intelligents et complexes. Les scientifiques ont montré que les seiches peuvent compter, résoudre des labyrinthes et se souvenir de quoi, où et quand elles ont mangé pour la dernière fois (un phénomène connu sous le nom de mémoire épisodique qui était autrefois considéré comme unique aux humains). Une étude récente a même révélé que les seiches peuvent réussir le «test de la guimauve», en mangeant moins de nourriture plus tôt si elles savent qu’elles seront plus tard récompensées par une friandise particulièrement savoureuse si elles attendent.

Soutenir ces comportements sophistiqués est un cerveau impressionnant ; la seiche a l’un des plus grands ratios de taille cerveau-corps de tous les invertébrés. Mais leur impressionnant système nerveux ne s’arrête pas là. Plus de 60 à 70 pour cent des neurones céphalopodes sont situés à l’extérieur du cerveau, et beaucoup d’entre eux se trouvent dans les huit bras.

“Une grande partie de l’intelligence des céphalopodes est démontrée par la dextérité de leurs bras”, explique Vinoth Sittaramane, biologiste à la Georgia Southern University. « Cela nous a amenés à penser : s’ils sont capables d’utiliser leurs bras pour résoudre des problèmes et qu’ils possèdent autant de neurones dans leurs bras, il serait logique qu’ils soient capables d’effectuer certaines de ces tâches de réflexion et de mémoire indépendamment de la cerveau.”

Dans une nouvelle étude, Sittaramane, avec ses étudiants Jessica Bowers, Jack Wilson et Tahirah Nimi, a utilisé un marqueur d’activité neuronale connu sous le nom de CREB phosphorylé (pCREB) pour examiner les mécanismes de mémoire dans le système nerveux unique des céphalopodes. Il a été démontré que pCREB facilite l’apprentissage et la formation de mémoire dans les neurones de nombreux vertébrés et invertébrés. Sittaramame et ses collègues ont décidé de rechercher pCREB dans les neurones sensoriels des bras de seiche après s’être entraînés à une tâche d’apprentissage et de mémoire.

Dans une position dangereuse

Pour la nouvelle étude, Sittaramane et ses collègues ont développé un nouveau système automatisé à haut débit de test et de suivi de l’apprentissage des céphalopodes. Ils ont utilisé des seiches naines, qui sont petites mais toujours capables de comportements complexes.

La première étape consistait à entraîner la seiche dans ce qu’on appelle une expérience de « proie inaccessible ». On a montré à la seiche de minuscules crevettes enfermées dans un tube transparent. Au début, les seiches frappent rapidement leurs tentacules sur le tube pour capturer la proie, mais ces frappes diminuent avec le temps à mesure que les seiches apprennent que la proie est inaccessible.

Les chercheurs ont évalué la mémoire sur deux échelles de temps : la mémoire à court terme, qui dure de quelques minutes à quelques heures, et la mémoire à long terme, qui dure des jours ou plus.

La seiche a montré des preuves comportementales de la mémoire à court terme en réduisant les frappes de tentacules au cours de cinq séances d’entraînement consécutives. Pour tester la mémoire à long terme, les chercheurs ont à nouveau testé la seiche quatre jours après la formation initiale. Par rapport aux seiches naïves et non entraînées, les seiches entraînées ont montré des attaques réduites sur le tube, indiquant qu’elles se souvenaient de leur expérience précédente.

Au cours de l’expérience sur les proies inaccessibles, Sittaramane a remarqué que la surface orale et sensorielle des bras agrippait à plusieurs reprises le tube à la fin de chaque frappe de tentacule. Pour évaluer l’apprentissage par les bras, les chercheurs ont utilisé l’anti-pCREB comme marqueur pour marquer l’activité neuronale dans les bras. Ils ont découvert que les seiches entraînées présentaient une augmentation significative du nombre de neurones pCREB positifs sur la surface buccale de leurs bras, notamment dans les ventouses et les plis de tissu environnants.

Ensuite, les chercheurs ont examiné les différences d’expression de pCREB dans différentes parties des bras de seiche. Chez les seiches entraînées, ils ont trouvé plus d’activité neuronale aux extrémités distales des bras par rapport aux extrémités plus proches du corps, et dans les paires de bras 1 et 2 par rapport aux paires de bras 3 et 4. Ce sont les paires de bras et les parties des bras que la seiche utilisait pour entrer en contact avec la surface du tube pendant l’apprentissage.

“Cela dit que les bras jouent potentiellement un rôle dans certains processus d’apprentissage et de mémoire”, explique Sittaramane.

Questions futures

Du point de vue de l’évolution, Sittaramane dit qu’il peut voir l’avantage d’avoir des souvenirs localisés dans le système nerveux périphérique.

« Cela pourrait aider un organisme à développer de meilleures capacités de survie », dit-il. « Les céphalopodes utilisent beaucoup leurs bras dans de nombreux comportements et ils sont capables de détecter les signaux chimiques dans l’environnement. Cela n’a de sens que d’avoir des souvenirs localisés.

Cette expérience est un point de départ pour Sittaramane, qui dit que nous avons un long chemin à parcourir pour comprendre les détails et les mécanismes impliqués dans l’apprentissage et la mémoire en dehors du cerveau. Il espère que les futures expériences permettront de caractériser les types de neurones impliqués et les circuits neuronaux en jeu. Sittaramane et ses collègues ont également effectué des colorations préliminaires dans certaines régions du cerveau pour étudier comment les bras pourraient communiquer avec le cerveau. Il dit que bien qu’ils n’aient détecté aucune augmentation des niveaux de pCREB dans le cerveau, la question des connexions entre les neurones des bras et les neurones du cerveau est toujours ouverte.

Enfin, Sittaramane est enthousiasmé par les applications potentielles de ces connaissances à la biomédecine humaine. Par exemple, les céphalopodes, y compris les seiches, peuvent régénérer les bras perdus. Qu’est-ce que cela signifie pour les processus de mémoire localisés dans les bras ? Peuvent-ils également être régénérés ?

« Puisqu’ils peuvent régénérer les bras, cela soulève des questions sur la façon dont ces neurones peuvent se régénérer », dit-il. « Les céphalopodes ont beaucoup à nous apprendre sur la régénération des neurones avec une capacité fonctionnelle complète. C’est une question importante pour la médecine régénérative.