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La méthode neuve de comptage de cellules offre un protocole robuste pour étudier les cerveaux animaux

Utilisant une technique étonnant simple, les chercheurs dans le service d'Université d'Arizona de la neurologie ont réussi à rapprocher combien de cellules du cerveau composent les cerveaux de plusieurs substances des abeilles, des fourmis et des guêpes.

Le travail a indiqué que certaines espèces d'abeilles ont un plus à haute densité des cellules du cerveau que même quelques espèces d'oiseaux, alors que les fourmis se sont avérées avoir moins de cellules du cerveau qu'initialement attendues.

Publié dans les démarches de tourillon scientifique de la société royale B, les repères d'étude la première fois que la méthode neuve de comptage de cellules a été appliquée aux animaux invertébrés et fournit un protocole robuste et reproductible pour d'autres organismes de recherche étudiant les cerveaux des animaux invertébrés.

Pour plus qu'un siècle, les scientifiques ont essayé de mesurer et comparer les cerveaux et les composantes de cerveau des vertébrés en travers des substances dans les efforts pour tirer des conclusions au sujet de la façon dont les cerveaux supportent les animaux comportementaux et des capacités cognitives et des conditions écologiques.

Des théories de capacités cognitives de cerveaux animaux, y compris ceux des restes fossilisés des ancêtres évolutionnaires des êtres humains, sont basées sur de telles mesures.

À cet effet, les scientifiques doivent connaître combien de neurones composent un cerveau donné. Jusque récemment, il était extrêmement pénible et long pour compter ou estimer le nombre de neurones dans un cerveau, même avec l'ordinateur et les systèmes articulés autour d'un logiciel.

Pour cette raison, il y avait très peu de numéros fiables de neurone procurables pour tous les animaux, y compris l'esprit humain. Au lieu de cela, les chercheurs de cerveau ont compté sur des estimations et des extrapolations basées sur des mesures de taille de cerveau ou de Massachusetts.

Mais cette approche peut être chargée des incertitudes et des polarisations, selon les auteurs de cette étude. Par exemple, alors que de plus grands animaux, en règle générale, tendent à avoir de plus grands cerveaux que de plus petits animaux, le volume et la masse seul d'un cerveau donné n'indiquent pas beaucoup au sujet de ses capacités cognitives.

Combien grand ou combien lourd un cerveau est ne te donne pas la meilleure mesure des capacités cognitives d'un animal. »

R. Keating Godfrey, auteur important d'étude et chercheur post-doctoral, service de moléculaire et biologie cellulaire, Université d'Arizona

Pourquoi le « cerveau d'oiseau » est réellement un compliment

Une raison principale est que la taille d'un cerveau est moins appropriée pour ses capacités de traitement avec le nombre de neurones, ou des cellules nerveuses, elle contient. C'est analogue à la puissance de traitement d'un ordinateur, qui a peu à faire avec la taille matérielle de son processeur central. Les neurones sont les types hautement spécialisés de cellules trouvées dans pratiquement n'importe quelle substance en travers du règne animal.

Contrastez, par exemple, les lièvres de mer - un projectile de mer géant trouvé hors de la côte de la Californie qui peut peser plus de 12 livres - avec la drosophile de mouche à fruit. Nains du cerveau de projectile de mer les seuls la mouche entière par beaucoup, pourtant elle a juste 18.000 neurones, bien moins de les 100.000 de la mouche approximativement.

« Juste parce que le cerveau d'une substance peut être 10 fois plus grand que cela des des autres ne signifie pas qu'il a 10 fois autant de neurones, » dit l'auteur supérieur du papier, Wulfila Gronenberg, un professeur de la neurologie qui dirige un service de l'organisme de recherche de neurologie consacré à se démêler les mystères des cerveaux d'insecte.

Considérant que le « cerveau d'oiseau » est tout très utilisée qu'une condition dérogatoire pour un manque de renseignement, il est réellement un terme mal approprié, Gronenberg dit.

Les « cerveaux d'oiseau ont beaucoup plus de neurones qu'un mammifère typique de taille comparable, » il dit. Les « oiseaux doivent diriger un espace en trois dimensions par le vol, et afin d'obtenir tout ce que la puissance de traitement dans un petit, léger envoi, leurs neurones sont plus petite et plus en masse ont bourré. »

Cerveaux sociaux

L'organisme de recherche de Gronenberg est intéressé par les soutiens neuronaux des insectes qui vivent dans les communautés sociales, comme des abeilles ou beaucoup de guêpes.

« Nous avons voulu savoir : Y a il quelque chose spéciale au sujet des cerveaux des insectes sociaux ? » Godfrey dit.

Particulièrement, lui et ses collègues se mettent à étudier si l'hypothèse « de cerveau social », qui a été développée pour les animaux vertébrés et postule que la taille d'un cerveau ou d'une région du cerveau particulière est marquée avec la taille de groupe social et les comportements de groupe, juge également vrai pour les insectes sociaux.

Avec l'aide des étudiants de premier cycle, Godfrey a travaillé à adapter une technique - développée en 2005 par le neurologiste brésilien Suzanna Herculano-Houzel qui a révolutionné l'inducteur de la neurologie vertébrée - aux cerveaux d'insecte.

Au lieu de découper des cerveaux dans des centaines ou des milliers de parties minces et de compter en tranches des neurones dans chaque partie, la méthode exige seulement que le tissu cérébral est homogénéisé. C'est la science parlent pour « mélangé, » qui a comme conséquence une soupe à cerveau.

« Nous relâchons les noyaux des cellules ainsi nous pouvons les compter, » Godfrey dit. Les « vertébrés ont consacré les régions du cerveau et les structures dont vous pouvez échantillonner, mais dans les insectes, nous pouvons seulement réellement écraser le sujet d'ensemble. Ainsi nous obtenons un compte de densité de neurone pour le cerveau entier. »

Godfrey et ses co-auteurs comparés les comptes de cellule du cerveau avec les tailles du corps d'une gamme étendue d'hymenoptères - abeilles, guêpes et fourmis - et constaté que les relations de numéro de neurone et de taille de cerveau sont très assimilées à ceux ont trouvé dans les vertébrés.

Mise d'un numéro sur un cerveau de fourmi

Certaines abeilles, l'équipe enregistre, a en particulier des nombres élevés des neurones, qui devraient stimuler la recherche renouvelée dans leurs capacités comportementales, et des fourmis, a généralement moins de neurones que les leurs parents de guêpe et d'abeille, probablement parce qu'elles ne volent pas et n'ont pas besoin ainsi de moins de ressources intellectuelles pour la commande de traitement et de vol de visuel.

Quelques abeilles, elle s'est avérée, a encore des densités de cellule du cerveau plus élevées que certains des la plupart des cerveaux compacts d'oiseau et de mammifère. Par exemple, l'abeille métallique de sueur de vert, qui est couramment - vu dans le sud-ouest et appartient au genre Augochlorella, a un numéro particulièrement élevé des neurones pour sa taille de cerveau : environ 2 millions par milligramme, plus que les densités de neurone les plus élevées trouvées dans la plus petite substance vertébrée - musaraignes fumeuses dans les mammifères et goldcrests dans les oiseaux.

Les fourmis, d'autre part, ont tendu à entrer sur le plus bas de gamme du spectre. Avec des abeilles et des guêpes, fourmis a eu de petits cerveaux et relativement peu de cellules du cerveau. Un désert moissonnant la substance de fourmi courante en Arizona s'est élevé à juste 400.000 cellules par milligramme de Massachusetts de cerveau. Considérant que le cerveau de cette fourmi pèse dedans à moins de 1 milligramme, cet animal se contente d'un total de 90.000 environ cellules du cerveau, estimations de Gronenberg.

« Nous pensons que ceci doit faire avec la capacité de le piloter, qui l'effectuerait moins au sujet du renseignement mais plus au sujet du traitement d'information, » dit. Les « fourmis se fondent sur l'information d'odeur, alors que les abeilles se fondent davantage sur l'indication visuelle. »

Combien bas pouvez-vous aller ?

Ces découvertes prient la question de combien de cellules du cerveau la nature a besoin pour effectuer un cerveau de fonctionnement. Les cerveaux invertébrés tendent à avoir les neurones hautement spécialisés, chacun qui effectue une certaine tâche, selon les auteurs de l'étude, qui leur permet d'accomplir des tâches avec un petit cerveau et un nombre restreint de neurones.

Gronenberg indique la guêpe féerique minuscule comme concurrent intense pour « le cerveau le plus minuscule la récompense dans d'insecte monde ». Trois boucles de cheveux, étendues côte à côte, couvriraient la longueur du corps de la créature minuscule, dont le cerveau se compose de moins de 10.000 neurones.

« Cependant, cette guêpe parasite peut faire tout les choses qu'elle doit faire pour survivre, » Gronenberg dit.

« Elle peut trouver un hôte, elle peut se conjuguer, elle peut pondre des oeufs, elle peut marcher et elle peut voler, » il dit. « Tandis qu'un petit insecte peut juste avoir un ou quelque neurones pour remplir un fonctionnement particulier, les êtres humains et d'autres vertébrés tendent à avoir beaucoup de milliers, ou même des dizaines de milliers, de ces neurones spécialisés consacrés à une tâche, qui nous permet de faire des choses plus avec précision et d'une voie plus sophistiquée. »

Source:
Journal reference:

Godfrey, R. K., et al. (2021) Allometric analysis of brain cell number in Hymenoptera suggests ant brains diverge from general trends. Proceedings of the Royal Society B. doi.org/10.1098/rspb.2021.0199.