Les poissons-zèbres comptables nous apprennent les maths
Pendant plus d’un siècle depuis sa découverte, la latéralisation du cerveau a été considéré comme un trait humain unique lié à la supériorité cognitive de notre espèce. Nous savons maintenant qu’elle est très répandue dans le règne animal, et même le minuscule poisson zèbre présente des comportements latéralisés et des asymétries neuroanatomiques prononcées. Le poisson-zèbre est également la vedette des études de manipulation génétique grâce à la simplicité de son génome et à la transparence de son embryon en développement, et il se trouve qu’il est doué pour les nombres. Maria Elena Miletto Petrazzini a exploité ces avantages pour étudier la latéralisation des capacités numériques chez le poisson-zèbre, avec des implications potentielles pour d’autres vertébrés, y compris l’homme. Une bourse individuelle Marie Skłodowska-Curie a soutenu son travail dans le cadre du projet NUMELAT.
L’asymétrie sert un dessein
Les poissons-zèbres possèdent des aptitudes mathématiques sophistiquées, notamment la perception des nombres cardinaux (par exemple, le plus grand de deux groupes, comme chez les hommes adultes qui sélectionnent des groupes de femelles) et des nombres ordinaux (par exemple, la deuxième sortie dans un couloir, parmi de nombreuses sorties semblables, lorsque cette deuxième sortie mène à des compagnons). Le rôle de la latéralisation dans ces processus numériques n’est pas clair, tout comme le moment de son émergence au cours du développement. Maria Elena Miletto Petrazzini a exploité l’observation selon laquelle les poissons individuels d’une espèce sociale, lorsqu’ils sont placés dans un nouvel environnement, rejoignent spontanément le plus grand de deux bancs pour se protéger d’une éventuelle prédation. Elle a comparé dans cette tâche le comportement des poissons dont elle a perturbé l’asymétrie cérébrale par des modifications génétiques à celui des poissons de type sauvage. Maria Elena Miletto Petrazzini a découvert que le poisson-zèbre pouvait sélectionner le groupe le plus important même à l’âge de 4 semaines et que la perte d’asymétrie nuisait à ses performances. «Une latéralisation fonctionnelle compromise a été associée à des troubles neuropsychiatriques et à des dysfonctionnements cognitifs, dont la dyscalculie chez l’homme, mais nous ignorons quelle en est la cause et quel en est l’effet. Notre découverte soutient la possibilité que le dérèglement de la latéralisation du cerveau puisse être à l’origine de dysfonctionnements cognitifs ou comportementaux», explique Maria Elena Miletto Petrazzini.
Les poissons rejoignent le club
Les neurones dits neurones des nombres se retrouvent dans le néocortex des humains et des primates non humains et chez les corbeaux dépourvus de néocortex. Cela suggère que les circuits neuronaux qui traitent la numération pourraient être conservés au cours de l’évolution et situés dans des zones du cerveau fonctionnellement homologues au néocortex des mammifères chez d’autres vertébrés. Maria Elena Miletto Petrazzini explique: «En collaboration avec l’Université de Californie du Sud, nous avons adopté un protocole d’imagerie in vivo appelé microscopie à nappe de lumière à deux photons ou 2P-SPIM pour surveiller l’activation neurale chez les larves de poisson-zèbre. Lors de la présentation de stimuli numériques, nous avons obtenu les premiers indices de cellules qui sont différemment activées par la présentation d’un nombre différent d’éléments, ce qui peut ressembler aux neurones des nombres décrits chez les humains, les primates et les oiseaux.» Cette découverte pourrait allonger la liste naissante des vertébrés dotés de neurones des nombres, suggérant un processus conservé au cours de l’évolution.
La latéralisation a davantage d’impact que le traitement numérique
Comme si la confirmation de ses hypothèses initiales ne suffisait pas, Maria Elena Miletto Petrazzini a fait une découverte fortuite. «Au cours de la mise au point d’un test automatisé d’évaluation des capacités de discrimination numérique des adultes à l’aide de la présentation de stimuli sur un écran d’ordinateur, nous avons découvert que certains modèles d’asymétries cérébrales altérées affectaient les capacités d’apprentissage plus générales et entraînaient un comportement impulsif.» La bourse de Maria Elena Miletto Petrazzini l’a aidée à répondre à des questions et à en poser d’autres, ce qui a également lancé sa carrière. À l’avenir, attendez-vous à une meilleure compréhension des origines évolutionnaires de la compétence numérique, de sa base neuroanatomique et du rôle intriguant de la latéralisation du cerveau dans le traitement.
Mots‑clés
NUMÉLAT, latéralisation, poisson-zèbre, neurones de nombres, assymétrie cérébrale, dyscalculie, numération, microscopie à nappe de lumière à deux photons, 2P-SPIM, imagerie in vivo
