Une nouvelle étude publiée dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences a découvert que les mécanismes à l’origine du sens de l’odorat pourraient être beaucoup plus simples qu’on ne le pensait auparavant. En étudiant le sens olfactif des criquets, une équipe de recherche dirigée par l’Université de Washington à Saint-Louis a cartographié les fondements neuronaux derrière la reconnaissance invariante des odeurs.
« L’odeur du café est la même, qu’elle soit sentie dans un café ou une épicerie (différents contextes), par une journée chaude ou froide (différentes conditions ambiantes), après le déjeuner ou le dîner (différents contextes temporels), ou en utilisant une inhalation profonde ou une inhalation normale (dynamiques de stimulus différentes) », ont expliqué les auteurs de l’étude.
« Cet exploit de reconnaissance de formes, encore difficile à réaliser dans les systèmes de détection chimique artificielle, est réalisé par la plupart des systèmes sensoriels pour leur survie. Comment cette capacité est-elle obtenue ?
Afin de répondre à cette question, les scientifiques ont d’abord entraîné des criquets à associer une odeur spécifique à certains de leurs aliments préférés, comme les brins d’herbe. Après être restés sans nourriture pendant une journée, les criquets ont été exposés à une bouffée d’odeur (hexanol ou acétate d’isoamyle), puis à un brin d’herbe. Après seulement six présentations de ce type, les criquets ont appris à ouvrir leurs palpes (les appendices sensoriels proches de leur bouche) dans l’attente de nourriture immédiatement après avoir senti « l’odeur d’entraînement ».
Les chercheurs ont ensuite cartographié quels neurones étaient activés lorsque les criquets étaient exposés à l’odorant dans différentes conditions environnementales, par exemple en conjonction avec d’autres odeurs, dans des conditions humides ou sèches, ou lorsque les criquets étaient complètement nourris ou affamés. Même si les criquets ouvraient leurs palpes à chaque fois, différents types de neurones étaient activés, en fonction de chaque contexte spécifique.
« Les réponses neuronales étaient très variables », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Baranidharan Raman, professeur de génie biomédical à l’Université de Washington. « Cela semblait être en contradiction avec le comportement des criquets. »
Pour comprendre comment des réponses neuronales variables produisaient un comportement stable, le professeur Raman et ses collègues ont utilisé un algorithme d’apprentissage automatique qui exploitait deux types fonctionnels de neurones : les « neurones ON », qui étaient activés en présence d’une odeur, et les « neurones OFF », qui tiré seulement après la fin de la présentation de l’odeur.
« Vous pouvez considérer les neurones ON comme des « preuves » de la présence d’une odeur, et les neurones OFF comme des « preuves contre » la présence de cette odeur », a expliqué le professeur Raman.
Pour reconnaître la présence d’une substance odorante, les scientifiques devaient simplement ajouter des preuves de la présence de la substance odorante (ajouter les pointes dans tous les neurones ON) et soustraire les preuves contre la présence de la substance odorante (ajouter les pointes dans tous les neurones OFF). Si le résultat était supérieur à un certain seuil, l’algorithme d’apprentissage automatique prédirait de manière fiable que le criquet a senti l’odeur et a ouvert ses palpes.
« Nous avons été surpris de constater que cette approche simple suffisait pour reconnaître de manière fiable une odeur », a conclu le professeur Raman.
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Par Andreï Ionescu, Espèces-menacées.fr Rédacteur
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