Comment les humains et les autres mammifères ont pu avoir leur vision nocturne

Cette cellule ganglionnaire détectant le mouvement vers le haut (rouge avec centre jaune) de la rétine de la souris aide les rongeurs à voir le mouvement dans l'obscurité.

Yao et al ., Neurone 10.1016 (2018)

Lors d'une nuit sans lune, la lumière qui atteint la Terre est un billion de fois moins que lors d'une journée ensoleillée. Pourtant, la plupart des mammifères voient encore assez bien pour se déplacer très bien, même sans les membranes spéciales stimulant la lumière dans les yeux des chats et des autres animaux nocturnes. Une nouvelle étude chez la souris suggère comment cette vision de nuit naturelle fonctionne: les cellules nerveuses de la rétine, qui détectent les mouvements, modifient temporairement la façon dont elles s’emboîtent dans des conditions sombres. Les résultats pourraient un jour aider les humains déficients visuels, disent les chercheurs.

Les scientifiques savaient déjà un peu comment la vision nocturne fonctionne chez les lapins, les souris, les humains et les autres mammifères. Les rétines de mammifères peuvent répondre à un nombre de photons «ridiculement petit», déclare Joshua Singer, un neuroscientifique de l’Université du Maryland à College Park qui n’a pas participé à la nouvelle étude. Un seul photon peut activer une cellule sensible à la lumière appelée cellule à tige dans la rétine, qui envoie un signal électrique au cerveau à travers une cellule ganglionnaire.

Un type de cellule de ganglion est spécialisé dans la détection de mouvement - une fonction vitale si vous êtes une souris chassée par un hibou ou une personne qui se lance pour éviter le trafic venant en sens inverse. Certaines de ces cellules ganglionnaires sélectives de la direction (DSGC) ne sont excitées que lorsqu'un objet se déplace vers le haut. D'autres ne tirent que lorsque les objets se déplacent vers le bas ou vers la gauche ou la droite. Ensemble, les cellules décident où un objet se dirige et transmettent cette information au cerveau, qui décide comment agir.

SGC dit «DSGCs se démarquer comme l'un des rares endroits dans le cerveau» où les neuroscientifiques se sentent assez confiants qu'ils savent ce que font les neurones. Mais les cellules se comportent de manière surprenante lorsque les lumières s’éteignent.

Pour découvrir comment les DSGC s’adaptent à l’obscurité, le neuroscientifique Greg Field et ses collègues de l’Université Duke à Durham, en Caroline du Nord, ont examiné des tranches de rétine de souris en les posant sur de minuscules plaques de verre. Chaque tableau comprend environ 500 électrodes, mais il est si petit qu'il ne mesure qu'un demi-millimètre, indique M. Field. Baignées dans une solution oxygénée, les rétines de souris peuvent toujours fonctionner et «voir» tandis que le réseau enregistre l'activité électrique de centaines de neurones.

L'équipe a montré aux rétines disséquées un simple film - des bandes se déplaçant sur un arrière-plan contrasté - puis a baissé la lumière d'un facteur de 10 000, passant d'un éclairage de bureau typique à une scène plus éclairée. Trois des quatre DSGC directionnels sont restés «solides» dans leur réponse au mouvement lorsque les lumières se sont éteintes, indique Field. Mais le quatrième type, qui répond généralement au mouvement ascendant, maintenant répondu à une gamme de mouvement beaucoup plus large , y compris vers le bas et latéralement, ils rapportent aujourd'hui Neurone .

Field et ses collègues ont ensuite analysé pourquoi les cellules «up» agissaient bizarrement. En utilisant un modèle informatique de l'activité des quatre cellules directionnelles, ils ont conclu que lorsque les cellules «up» sacrifiaient une partie de leurs préférences pour une direction, elles amélioraient les performances du groupe dans son ensemble lumière.

Pour découvrir comment les «cellules en haut» ont changé de fonction, les scientifiques ont génétiquement modifié des souris dépourvues de connexions intracellulaires appelées «jonctions lacunaires» dans leurs neurones stimulants. De tels canaux protéiques permettent aux signaux chimiques de passer d'un neurone à un autre et ont déjà été liés à la vision nocturne. L’équipe de Field a constaté que dans les tissus rétiniens de souris sans jonctions lacunaires, les cellules en sursaut ne s’adaptaient pas à l’obscurité. Cela signifie qu'au moins une partie de la capacité des cellules «ascendantes» à amplifier la détection de mouvement par faible luminosité dépend des jonctions lacunaires, affirment les auteurs.

On ne sait pas exactement si cela est vrai chez les personnes, mais la vision des rongeurs pourrait encore être appliquée aux efforts de vision artificielle. Même si les DSGC ne représentent que 4% des cellules ganglionnaires chez l'homme, contre environ 20% chez la souris, de nombreuses nouvelles prothèses rétiniennes pour déficients visuels reposent en grande partie sur des cellules ganglionnaires stimulant électriquement. Des études comme celle-ci pourraient aider à affiner ces technologies, indique M. Field. "Si vous allez stimuler les cellules ganglionnaires, vous devez les amener à envoyer les bons signaux au cerveau."

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