Réseaux neuronaux sous-tendant la cognition sans cortex cérébral – EVONECTOME

L’utilisation d’outils est observée non seulement chez les primates mais aussi chez certains oiseaux (perroquets et corvidés) et même chez certains poissons téléostéens (labres et cichlidés). Les oiseaux et les téléostéens ne possédant pas de néocortex à six couches, les fonctions cognitives sous-jacentes ont dû évoluer de façon indépendante chez les mammifères, les oiseaux et les téléostéens (évolution convergente). Notre projet de recherche vise à identifier les conditions nécessaires à l'émergence de ces capacités cognitives supérieures au cours de l'évolution des vertébrés.

La capacité à résoudre des problèmes et manipuler des objets est une condition préalable à l’utilisation d’outils. Le projet EVONECTOME a pour but d’étudier la connectivité (TÂCHE 1) et les fonctions (TÂCHES 2-4) des aires cérébrales associatives impliquées dans des tâches de résolution de problèmes et de manipulation séquentielle d’objets chez les perroquets et les cichlidés. Nous proposons d’utiliser l’espèce Pyrrhura molinae comme modèle de perroquet, et l’espèce Amatitlania nigrofasciata comme modèle de cichlidés, ces deux espèces étant parfaitement adaptées à la réalisation d’études comportementales et anatomiques.

TÂCHE 1 : Nous adopterons une approche connectomique utilisant l'IRM de diffusion ex vivo pour visualiser les réseaux neuronaux des aires associatives du pallium. L’objectif principal de cette tâche est de détailler la connectivité des aires associatives, en particulier en lien avec les aires prémotrices/motrices. Les résultats de cette tâche permettront de vérifier s’il existe une même logique de connectivité pour l’intégration cognitivo-motrice chez les primates, les perroquets et les cichlidés.

TÂCHE 2 : Pour étudier les capacités de résolution de problèmes et de manipulation d’objets des perroquets et des cichlidés, nous allons utiliser deux tâches comportementales différentes : une « boite puzzle », et une tâche de conditionnement opérant nécessitant la manipulation d’objets. Après ces tests comportementaux, les aires cérébrales impliquées seront examinées dans les TÂCHES 3 et 4.

TÂCHE 3: L'activation neuronale induite par la résolution de problèmes et par la manipulation d’objets (TÂCHE 2) sera visualisée par MEMRI (IRM fonctionnelle enrichie en manganèse). Nous espérons ainsi identifier les aires cérébrales impliquées dans ces fonctions cognitives chez les perroquets et les cichlidés.

TÂCHE 4: Pour évaluer le rôle de la neurotransmission dopaminergique dans les tests comportementaux, nous détruirons les fibres DA dans les aires associatives via une injection locale de 6-hydroxydopamine (6-OHDA). La DA est connue pour jouer un rôle crucial dans différentes fonctions cognitives de haut niveau chez les mammifères. Si la perturbation de la neurotransmission dopaminergique dans des régions cérébrales non homologues provoque les mêmes effets comportementaux chez les mammifères, les oiseaux et les téléostéens, ceci démontrera l’importance de la DA dans l’évolution convergente de fonctions cognitives de haut-niveau.

Au total, notre étude clarifiera la façon dont des systèmes nerveux morphologiquement différents peuvent réaliser des fonctions cognitives similaires. Si le même modèle de réseau est à l’œuvre indépendamment chez les primates, les oiseaux et les poissons, cela indiquerait l'existence de contraintes fortes sur l'évolution de l'intelligence chez les vertébrés.