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Cerveau non requis : les étoiles fragiles présentent des capacités d’apprentissage surprenantes

Brittle Star Art

Des recherches récentes menées par Julia Notar de l’Université Duke révèlent que les étoiles fragiles, malgré leur manque de cerveau, peuvent apprendre par l’expérience. Ces créatures marines, apparentées aux étoiles de mer, utilisent leurs cordons nerveux pour apprendre par association, un concept démontré dans le conditionnement classique.

Les étoiles fragiles sans cervelle sont capables d’apprendre par l’expérience, comme le démontrent de nouvelles recherches. Ils présentent un conditionnement classique en associant l’obscurité à l’alimentation, une découverte importante dans la compréhension des processus d’apprentissage chez les créatures marines sans cervelle.

Nous, les humains, sommes obsédés par les gros cerveaux comme proxy de l’intelligence. Mais les animaux sans tête appelés étoiles fragiles n’ont pas de cerveau et parviennent néanmoins à apprendre par l’expérience, révèle une nouvelle recherche.

Parentes des étoiles de mer, les ophiures passent la plupart de leur temps à se cacher sous les rochers et les crevasses de l’océan ou à s’enfouir dans le sable.

Ces créatures marines timides n’ont pas de cerveau à proprement parler – juste des cordons nerveux qui parcourent chacun de leurs cinq bras agités, qui se rejoignent pour former un anneau nerveux près de leur bouche.

« Il n’y a pas de centre de traitement », a déclaré l’auteur principal Julia Notar, qui a mené la recherche dans le cadre de son doctorat en biologie. dans le laboratoire du professeur Sönke Johnsen à l’Université Duke.

« Chacune des cordes nerveuses peut agir indépendamment », a déclaré Notar. « C’est comme si au lieu d’un patron, il y avait un comité. »

Apprendre les étoiles fragiles

Au cours d’une série d’expériences, les étoiles fragiles ont appris que « les lumières éteintes » étaient un signal d’appel pour venir dîner. Crédit : Julia Notar

Démêler l’apprentissage chez les créatures marines sans cervelle

Dans le cas des étoiles fragiles, cela semble suffisant pour apprendre par association, rapportent Notar, Johnsen et Madeline Go, ancienne étudiante de Duke, dans le journal. Écologie comportementale et sociobiologie.

Ce type d’apprentissage consiste à associer différents stimuli via un processus appelé conditionnement classique. Un exemple célèbre est celui des expériences sur les chiens de Pavlov, qui ont montré que des chiens nourris à plusieurs reprises au son d’une cloche finissaient par se mettre à baver au simple son d’une cloche, même en l’absence de nourriture.

Les humains font ça tout le temps. Si vous entendez le « ding » d’un smartphone encore et encore à chaque nouvelle alerte, le son finit par avoir une signification particulière. Le simple fait d’entendre le téléphone de quelqu’un ping ou buzzer avec le même carillon que le vôtre suffit pour vous inciter par réflexe à saisir votre propre téléphone en prévision du prochain SMS, e-mail ou publication Instagram.

Le conditionnement classique a été démontré dans une poignée d’études antérieures sur les étoiles de mer. Mais la plupart des échinodermes – un groupe de quelque 7 000 espèces comprenant des ophiures et des étoiles de mer, des oursins et des concombres de mer sans cervelle – n’ont pas été testés.

Pour savoir si les étoiles fragiles sont capables d’apprendre, les chercheurs ont placé 16 étoiles fragiles noires (Ophiocoma échinata) dans des réservoirs d’eau individuels et ont utilisé une caméra vidéo pour enregistrer leur comportement.

Cette vidéo en accéléré montre une expérience de conditionnement classique menée par les chercheurs de Duke pour voir si les étoiles fragiles – qui n’ont pas de cerveau – pouvaient apprendre. Chaque fois que la lumière baissait, les chercheurs mettaient une pipette contenant un morceau de crevette dans les aquariums des animaux. Au fil du temps, les animaux ont appris que « éteindre les lumières » était un signal d’alarme pour venir dîner.

La moitié des étoiles fragiles ont été entraînées en atténuant les lumières pendant 30 minutes chaque fois que les animaux étaient nourris. Chaque fois que les lumières s’éteignaient, les chercheurs mettaient un morceau de crevette – « qu’ils adorent » – dans les réservoirs, placés juste hors de portée.

L’autre moitié a mangé autant de crevettes et a également connu une période d’obscurité de 30 minutes, mais jamais au même moment : les animaux ont été nourris dans des conditions éclairées.

Qu’il fasse clair ou sombre, les animaux passaient la plupart de leur temps cachés derrière les filtres de leurs aquariums ; on ne sort qu’à l’heure des repas. Mais seules les étoiles fragiles entraînées ont appris à associer l’obscurité à la nourriture.

Au début de l’expérience qui a duré 10 mois, les animaux sont restés cachés lorsque les lumières s’éteignaient. Mais au fil du temps, les animaux ont établi un tel lien entre l’obscurité et l’heure du repas qu’ils ont réagi comme si de la nourriture arrivait et sortaient de leur cachette chaque fois que les lumières s’éteignaient, avant même que de la nourriture ne soit mise dans les réservoirs.

Ces étoiles fragiles avaient appris une nouvelle association : les lumières éteintes signifiaient que de la nourriture était susceptible d’apparaître. Ils n’avaient pas besoin de sentir ou de goûter les crevettes pour réagir. Le simple fait de sentir les lumières s’éteindre était suffisant pour les faire venir lorsqu’ils étaient appelés pour le dîner.

Découvrir l’apprentissage et la mémoire chez les échinodermes

Ils se souvenaient encore de la leçon même après une « pause » de 13 jours sans entraînement, c’est-à-dire en baissant les lumières encore et encore sans les nourrir.

Notar a déclaré que les résultats sont « excitants » car « le conditionnement classique n’a pas vraiment été démontré de manière définitive dans ce groupe d’animaux auparavant ».

« Sachant que les étoiles fragiles peuvent apprendre, cela signifie qu’elles ne sont pas de simples charognards robotiques comme les petits Roombas qui nettoient le fond de l’océan », a déclaré Notar. « Ils sont potentiellement capables d’anticiper et d’éviter les prédateurs ou d’anticiper la nourriture parce qu’ils apprennent à connaître leur environnement. »

Dans une prochaine étape, Notar espère commencer à comprendre comment ils parviennent à apprendre et à se souvenir en utilisant un système nerveux si différent du nôtre.

« Les gens me demandent tout le temps : « Comment font-ils ? » », a déclaré Notar. « Nous ne le savons pas encore. Mais j’espère avoir plus de réponses dans quelques années.

Ce travail a été soutenu par le département américain de la Défense par le biais du programme de bourses d’études supérieures en sciences et en ingénierie de la Défense nationale, du programme Rachel Carson Scholars de la Duke Nicholas School et du département de biologie de Duke.

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