Comment une seule synapse transmet des informations visuelles et subconscientes au cerveau des mouches des fruits

Des recherches menées par l’Université de Pékin, en Chine, ont découvert qu’un seul type de cellule photoréceptrice rétinienne chez la drosophile (mouche des fruits) est impliqué à la fois dans la perception visuelle et dans le photoentraînement circadien en libérant conjointement de l’histamine et de l’acétylcholine au niveau de la première synapse visuelle.

Dans un article intitulé « Un seul photorécepteur divise la perception et l’entraînement par cotransmission », publié dans Naturel’équipe détaille la découverte selon laquelle le système visuel de la drosophile sépare la perception visuelle et le photoentraînement circadien en cotransmettant deux neurotransmetteurs, l’histamine et l’acétylcholine, dans les cellules photoréceptrices R8.

La détection de la lumière consiste à capturer des signaux via des photorécepteurs dans l’œil, essentiels à la formation d’images et aux fonctions visuelles subconscientes, telles que la régulation des rythmes biologiques en fonction du cycle lumière-obscurité quotidien (photoentraînement de l’horloge circadienne). Le système optique comporte des voies distinctes pour la formation d’images (basées sur le contraste local) et pour les tâches non liées à l’image (basées sur l’irradiance globale).

L’étude découvre une base neuronale pour la séparation des signaux visuels. Il démontre que les fonctions sensorielles liées à l’image et celles du subconscient peuvent être séparées au niveau de la première synapse d’un système qui transmet deux messagers chimiques (l’histamine et l’acétylcholine).

Les photorécepteurs R8 chez la drosophile se sont révélés responsables à la fois de la vision formatrice d’images et du photoentraînement circadien. Lorsque la lumière est détectée, R8 cotransmet deux neurotransmetteurs différents, l’histamine et l’acétylcholine, déclenchant des fonctions différentes. Une voie basée sur le contraste conduisait la voie de formation de l’image, tandis que le photoentraînement circadien reposait sur une voie basée sur l’irradiance.

Les mouches des fruits (Drosophila melanogaster) sont souvent utilisées comme modèle pour la recherche sur la vision. L’étude impliquait la mesure des courants ioniques dans des cellules individuelles du cerveau de la mouche des fruits, responsables de la régulation de l’horloge circadienne. Seuls des photorécepteurs spécifiques, le pR8 sensible au bleu et le yR8 sensible au vert, transmettent des signaux d’irradiation aux neurones de l’horloge centrale du cerveau de la mouche des fruits en utilisant le neurotransmetteur acétylcholine.

L’élimination de la transmission de l’histamine et de l’acétylcholine a altéré la détection des mouvements et le photoentraînement circadien, respectivement. Cela démontre l’importance de ces neurotransmetteurs dans la conduite de comportements spécifiques.

Des neurones d’horloge spécifiques (étiquetés AMA pour cette étude) reçoivent des entrées d’irradiation des photorécepteurs pR8 et yR8. Ces neurones AMA intègrent des entrées d’irradiance provenant de différentes directions et longueurs d’onde de lumière et sont connectés à la fois chimiquement et électriquement.

Les auteurs suggèrent que les photorécepteurs conventionnels autres que R8 pourraient également utiliser des voies médiées par l’histamine pour exciter les neurones de l’horloge en vue du photoentraînement circadien. Ces voies pourraient reconstruire les signaux d’irradiance à partir de signaux de formation d’images, une diaphonie inattendue entre la vision formatrice d’images et le photoentraînement circadien, mettant en évidence la régulation dynamique de la libération de neurotransmetteurs en réponse à une stimulation lumineuse.

Si cette étude met en lumière les mécanismes qui permettent à la mouche des fruits de distinguer différentes fonctions visuelles, elle suggère que des mécanismes similaires pourraient être à l’œuvre dans les voies visuelles des mammifères. L’identification des circuits qui extraient les signaux d’irradiance des voies de formation d’images pourrait améliorer notre compréhension du traitement visuel. L’étude offre également un aperçu de la façon dont une lumière faible peut activer les neurones de l’horloge même sans signalisation par l’histamine.

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