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Posté par Adrien le Mardi 29/09/2015 à 12:00
Adaptation comportementale et synchronisation de l'activité neuronale
Selon une hypothèse classique, les aires cognitives du cerveau effectueraient une simple sommation des impulsions électriques émises par des neurones, indépendante du moment auquel ces impulsions sont reçues. L'équipe d'Angelo Arleo à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) de la vision, en collaboration avec l'équipe d'Emmanuel Procyk de l'Institut de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) sur la cellule souche et le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de...), remet en question cette hypothèse en montrant que les aires cognitives du cerveau tiennent aussi compte de la structure temporelle fine des signaux entrants, et non pas uniquement du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'impulsions neuronales reçues. Ces travaux révèlent l'importance de la structure spatiotemporelle de l'activité du cortex (En biologie, le cortex (mot latin signifiant écorce) désigne la couche superficielle ou périphérique d'un tissu organique.) frontal (Un frontal est un équipement informatique.) dans l'évaluation de l'action et le changement de comportement chez le primate non-humain. Cette étude est publiée dans la revue PLoS Biology.


Figure: Les neurones du CCAd (en vert, à gauche) émettent des potentiels d'action quand le comportement doit être réadapté au contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de...). Ces signaux sont décodés par des neurones récepteurs (en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à une...), à droite). Ceux-ci pourraient soit répondre par une fréquence d'émission proportionnelle à la somme des potentiels d'action reçus (en haut), soit détecter des motifs temporels dans leurs entrées répondant aux potentiels d'action émis à un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) précis (en bas).
© Laureline Logiaco. Angelo Arleo

Les aires cognitives cérébrales combinent différents types d'information et mémorisent le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont...) traité. Le résultat de ce « calcul cognitif » peut être ensuite utilisé dans la prise de décision et l'adaptation comportementale. Les chercheurs ont examiné le rôle de la structure temporelle de l'activité neuronale dans le cortex frontal du cerveau, qui contrôle l'adaptation comportementale dans des tâches cognitives complexes. Plus précisément, les signaux émis par le cortex cingulaire antérieur dorsal (CCAd) chez le singe (Un singe (du latin simius, pluriel Simia) est un animal faisant partie du groupe constitué par l'ordre des primates. Parmi les primates, il n'est pas simple de définir à partir de quelle...) ont été analysés lors d'une tâche cognitive. Cette tâche nécessite l'apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances, compétences, d'attitudes ou de valeurs culturelles, par l'observation,...) de règles contextuelles, qui imposent à l'animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire qu’il...) d'adapter son comportement en fonction de la récompense reçue.

Les résultats de cette étude suggèrent qu'il serait plus avantageux pour une aire (Aires (en espagnol, les airs) est une compagnie aérienne intérieure de Colombie.) cérébrale recevant les signaux du CCAd d'être sensible au moment précis auquel les impulsions électriques sont émises par les neurones, plutôt que d'intégrer (c'est-à-dire, de sommer) ces impulsions. En effet, la structure temporelle des signaux du CCAd permet de mieux transmettre l'information indiquant que le comportement de l'animal doit être réadapté au contexte.

Une découverte remarquable de cette étude est que la structure temporelle des décharges du CCAd permet de prédire le comportement futur des animaux. En effet, une séparation des réponses neuronales sur la base du nombre (grand, petit) de potentiels d'action n'a pas permis d'observer une différence robuste et cohérente du comportement des animaux entre ces deux groupes. Par contre, les résultats ont montré que lorsque la structure temporelle de l'activité d'un neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle de base du système nerveux. Le terme de « neurone » fut introduit dans le vocabulaire médical en...) CCAd devenait moins semblable à celle de la réponse typique de ce neurone, les singes répondaient plus lentement pendant la tâche comportementale.

Ces résultats suggèrent que les réseaux de neurones qui reçoivent et décodent les signaux d'adaptation comportementale émis par le CCAd détecteraient des motifs définis à la fois dans l'espace (par l'identité du neurone ayant émis un potentiel d'action) et dans le temps (par le moment précis d'émission d'un potentiel d'action). Par conséquent, ces aires cognitives du cerveau ne se comporteraient pas comme de simples intégrateurs, et seraient sensibles à la structure spatiotemporelle des signaux traités.

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Source: CNRS-INSB
 
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