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Mémoire
Ha! Qu'il m'énervait! ... habituation des signaux de communication
Erik Harvey-Girard


Schéma présentant la rencontre de deux aptéronotes mâles. Chacun perçoit l'onde électrique de l'autre.
Les poissons-couteaux bruns sont des poissons sociaux, mais les mâles ont tendance à être territoriaux. Lorsqu’un mâle inconnu s’approche, la présence, de l’un et de l’autre, est rapidement détectée dû aux ondes électriques qu’ils émettent. Le mâle résidant va tenter d’établir sa dominance territoriale et avertir l’intrus par une série de « chirps » (de type 2, voir Fish and chirps) afin de tenter de l’éloigner. Si le mâle intrus demeure sur place pacifiquement, au bout d’un certain temps, le mâle résident cessera d’émettre des « chirps » envers l’intrus. Il s’habitue à la présence de l’autre, il apprend à reconnaître l’étranger comme un de ses compagnons.

 

"Cri" d'avertissement et d'agression des aptéronotes mâles
Pour tester ce comportement d’apprentissage au laboratoire, nous avons remplacé l’intrus par une paire d’électrodes de carbone à travers desquelles nous faisions passer un courant sinusoïdal pour simuler son onde électrique. L’onde électrique était présentée pendant un certain temps au cours duquel on comptait le nombre de « chirps » que le poisson émettait. Au début, il répondait fortement à l’onde électrique en faisant un grand nombre de « chirps » (courbe rouge, premiers essais), mais graduellement, il réduisait le nombre de « chirps » qu’il émettait.

 

Schéma expérimental simulant la rencontre d'un aptéronote mâle et d'un intrus artificiel.
Si nous reprenions cette expérience les jours suivants, le poisson commençait sa « journée de travail » sensiblement de la même façon. Il émettait beaucoup de « chirps » au début pour cesser graduellement jusqu’à se taire complètement. Par contre, à chaque jour, le nombre de « chirps » diminue de plus en plus (jour 4: courbe verte; jour 7 : courbe bleue). Eventuellement, le poisson ne réagit plus à la présentation du stimulus, même au début. Cette expérience montre deux cinétiques : une première pendant la même journée qui voit la réponse diminuer avec le nombre d’essais; une deuxième d’un jour à l’autre qui montre les nombres de « chirps » au début et total diminuer graduellement. Une cinétique quotidienne, une cinétique qui se compte en jours.

 

Les aptéronotes mâles s'habituent aux stimuli présentés et émettent moins en moins de "chirps". La première journée est en rouge, la quatrième en vert et la septième en bleu.
Bon, vous me direz que c’est juste une expérience, que ce n’est pas ce que vivrait réellement un poisson aptéronote. N’en soyez pas aussi sûr! Premièrement, dans la nature, un aptéronote nage dans son environnement et peut faire des rencontres avec des congénères qu’il ne connaissait pas auparavant. Après de premières rencontres, sûrement conflictuelles, il apprend à tolérer puis à accepter son « nouvel ami » au fil des rencontres. Bref, cette expérience, bien qu’artificielle, mime une situation naturelle. Deuxièmement, ça détruit complètement le mythe que les poissons n’ont qu’une mémoire de 5 secondes. Dans ce protocole, les aptéronotes mâles avaient au moins une mémoire de trois jours (on n’a pas tenté plus longtemps!), c’est-à-dire que même sans présenter de stimulus pendant trois jours, ils répondaient moins et se taisaient plus rapidement que lors de la première journée.

 

Les aptéronotes mâles s'habituent spécifiquement à la fréquence des stimuli présentés. La réponse avant l'habituation est montrée en blanc, la réponse après l'habituation est présentée en noir.
Sachant que chaque aptéronote émet son onde électrique à une fréquence spécifique, est-il possible qu’un poisson s’habitue à une fréquence en particulier et continue d’émettre des « chirps » face aux autres fréquences? Si c’est le cas, il serait capable de s’habituer à un intrus spécifique, mais de réagir à un autre arrivant de façon indépendante. Pour ce faire, nous avons complètement habitué un aptéronote mâle à une onde électrique émise à une fréquence spécifique jusqu’à qu’il soit silencieux. Puis, nous lui avons présenté pendant 30 secondes des ondes électriques à des fréquences différentes et compter le nombre de « chirps » qu’il émettait. La figure ci-contre montre les résultats obtenus à divers fréquence. Les cercles blancs montrent le nombre de « chirps » émis au départ, avant que le poisson mâle ne soit habitué au stimulus spécifique (celui-ci est marqué par la flèche et la différence de fréquence entre son onde d’émission et celle du stimulus). Les cercles noirs montrent le nombre de « chirps » émis après l’habituation. On note que le nombre de « chirps » diminue près de la fréquence du stimulus, mais demeure inchangé à des fréquences plus éloignées. Un aptéronote mâle peut donc s’habituer spécifiquement selon la fréquence d’émission de l’onde électrique présentée.

 

Mais quelle est la zone du cerveau responsable de cette habituation aux signaux de communication ? Pour répondre à cette question, nous avons séquencé un gène de transcription (EGR-1) connu chez les mammifères, les oiseaux et les amphibiens pour être impliqué dans la mémoire de signaux de communication. Puis, par hybridation in situ, nous avons localisé où ce gène était exprimé lors de nos sessions d’habituation aux signaux de communication. Quelques surprises nous attendaient. La première surprise touchait les noyaux neuronaux responsables du sens électrique des poissons-couteaux. Aucun de ces noyaux n’augmentait l’expression de EGR-1, c’est-à-dire qu’aucun ne servait à l’apprentissage lors de l’habituation. Une deuxième surprise nous attendait : plusieurs noyaux du télencéphale (la section frontale du cerveau) exprimaient fortement EGR-1 suite à l’habituation. Mieux encore, une petite région spécifique du télencéphale, dont la fonction était inconnue jusqu’à présent, réagissait uniquement à l’apparition de nouveaux signaux et pourrait être considérée comme un détecteur de nouveautés, sensiblement comme l’hippocampe des mammifères. Une autre zone du télencéphale était plus sensible aux types de signaux de stimulation (fréquence, position) et donc pourrait être considérée comme la zone responsable de la mémoire proprement dite pour la fréquence et la position.

 

Bref, dans la nature, un aptéronote mâle apprend, mémorise et adapte sa réponse d’agression spécifiquement en fonction d’un nouvel intrus. Il peut ainsi répondre à un poisson intrus, inconnu ou peu connu, tout en vivant paisiblement avec ses copains qu’il rencontre régulièrement.

 

Références
Erik Harvey-Girard.  "Ha! Qu'il m'énervait! ... habituation des signaux de communication."  Apteronote. Ed. Erik Harvey-Girard. Ottawa: Dec 8, 2006. <  >

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