Shared symmetry detection with divergent temporal dynamics in marmosets and humans
Cette étude démontre que, bien que les ouistitis communs et les humains partagent des mécanismes de feedforward robustes et rapides pour la détection de la symétrie visuelle, les ouistitis présentent une divergence dans leurs dynamiques temporelles en étant dépourvus du traitement soutenu, probablement piloté par le feedback, de la symétrie de rotation qui caractérise la perception humaine.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
La symétrie est un langage fondamental du monde visuel, un motif que nos cerveaux semblent programmés pour reconnaître instantanément. C'est l'image miroir d'un visage, les ailes équilibrées d'un papillon ou les carreaux répétitifs d'un sol. Depuis des décennies, les scientifiques savent que le cerveau humain possède un réseau dédié à la détection de ces motifs, qui s'illumine dans des zones spécifiques à l'arrière de la tête lorsque nous les voyons. Mais une question centrale de la biologie de notre pensée est restée sans réponse : cette capacité est-elle une invention humaine particulière, ou un trait partagé hérité de nos lointains ancêtres primates ? Pour le découvrir, les chercheurs devaient observer l'intérieur du cerveau d'autres primates, mais le faire sans chirurgie invasive constituait un obstacle majeur. Si les études précédentes sur les singes reposaient sur des scanners cérébraux montrant le flux sanguin, elles ne pouvaient pas capturer le minutage électrique de l'instant précis où le cerveau traite un motif.
Une équipe de chercheurs a désormais comblé cette lacune en comparant la façon dont les humains et les ouistitis communs — un petit singe du Nouveau Monde — réagissent à la symétrie visuelle. Ils se sont concentrés sur deux types distincts de motifs : la réflexion, qui est comme une image miroir, et la rotation, où une forme se répète en tournant. En utilisant une méthode non invasive qui enregistre les signaux électriques du cuir chevelu, ils ont découvert que les deux espèces partagent une capacité rapide et automatique à détecter la symétrie de réflexion. Cependant, lorsqu'il s'agissait de la rotation, les deux espèces divergeaient. Tandis que les humains maintenaient une réponse électrique constante et soutenue aux motifs rotatifs, les cerveaux des ouistitis ne répondaient que brièvement avant de s'apaiser. Cette découverte suggère que la machinerie de base, rapide, pour détecter la symétrie est ancienne et partagée entre les primates, mais que le traitement plus complexe et prolongé que les humains utilisent pour élaborer pleinement ces motifs peut être un développement plus récent.
Pour effectuer cette comparaison, les scientifiques ont dû surmonter un défi technique important : enregistrer des signaux cérébraux clairs chez un singe sans chirurgie qui endommagerait le cerveau ou nécessiterait la pose quotidienne d'électrodes. Ils ont conçu une grille personnalisée, flexible, de trente-deux capteurs minuscules, attachée chirurgicalement directement au crâne de trois ouistitis mâles adultes. Ce dispositif, qui ne pesait que six grammes, agissait comme une fenêtre permanente sur l'activité électrique du cerveau, permettant de tester les animaux de manière répétée sur de nombreuses sessions. Les ouistitis ont été entraînés à rester assis calmement dans une chaise en regardant un écran, où ils étaient récompensés par une goutte de jus pour être restés immobiles. Simultanément, un groupe de treize volontaires humains regardait exactement les mêmes images sur un écran tout en portant une casquette de capteurs standard.
Les images présentées aux deux groupes étaient des textures soigneusement élaborées basées sur des règles mathématiques de symétrie. Certains motifs se répétaient par effet miroir à travers une ligne, ce que l'on appelle la double réflexion. D'autres se répétaient par rotation autour d'un centre, soit une rotation d'ordre quatre. Pour s'assurer que le cerveau réagissait à la symétrie elle-même et non simplement aux changements aléatoires de l'image, les chercheurs alternaient ces images symétriques avec des versions brouillées qui leur ressemblaient mais manquaient du motif. Ils mesuraient la réponse du cerveau en recherchant une impulsion électrique rythmique correspondant à la vitesse à laquelle les images scintillaient. Comme le cerveau répond différemment à la partie symétrique de l'image par rapport au simple changement de l'image, les chercheurs ont pu séparer les deux signaux.
Les résultats ont révélé une similitude frappante dans la façon dont les deux espèces gèrent la symétrie de réflexion. Chez les ouistitis comme chez les humains, le cerveau produit un signal électrique fort et constant tant que le motif miroir est présent à l'écran. Ce signal est le plus intense sur l'arrière de la tête, dans les zones de traitement visuel, et son timing ainsi que sa force sont presque identiques entre les deux espèces. Cela suggère que la capacité de détecter la réflexion est un trait conservé, ayant probablement évolué il y a des centaines de millions d'années pour aider les primates à reconnaître les visages, les corps et autres êtres vivants dans leur environnement.
Cependant, l'histoire change quand les chercheurs ont examiné les motifs rotatifs. Alors que le cerveau humain continuait de vibrer avec un rythme électrique constant tant que le motif rotatif était visible, le cerveau du ouistiti réagissait différemment. Le cerveau des singes émettait un signal rapide et sec lorsque le motif rotatif apparaissait, mais ce signal s'estompa rapidement, laissant le cerveau silencieux pour le reste du temps où l'image était présente. Cette différence était spécifique aux motifs de rotation ; les motifs de miroir produisaient toujours la réponse longue et constante chez les ouistitis. Les chercheurs ont écarté la possibilité que cela soit dû au manque d'attention ou aux mouvements oculaires des singes, car les motifs étaient de grande taille et les mouvements oculaires étaient suivis et contrôlés.
L'étude pointe vers une divergence spécifique dans la façon dont les cerveaux de primates traitent l'information visuelle. La détection initiale et rapide de la symétrie semble être un mécanisme de type "feedforward" partagé qui fonctionne de la même manière dans les deux espèces. Mais la capacité de maintenir une représentation soutenue de cette symétrie, particulièrement pour les rotations plus complexes, semble reposer sur un autre type d'activité cérébrale qui est robuste chez l'humain mais plus faible chez le ouistiti. Cette activité soutenue implique probablement des signaux bouclant de part et d'autre entre différentes parties du cerveau, un processus qui peut être moins développé chez le ouistiti que chez l'humain ou ses proches parents, les macaques.
En établissant que les ouistitis peuvent être utilisés pour étudier ces processus visuels complexes avec la même précision que les humains, l'étude ouvre une nouvelle porte pour la neurosciences. Le cerveau du ouistiti est lisse et accessible, contrairement aux cerveaux repliés des macaques où ces zones visuelles sont enfouies profondément. Cela signifie qu'à l'avenir, les scientifiques pourront combiner ces enregistrements de surface avec des mesures directes et profondes à l'intérieur du cerveau pour comprendre exactement comment ces circuits fonctionnent. Les conclusions confirment que, si nous partageons un fondement commun et ancien pour percevoir la symétrie, le cerveau humain a ajouté une couche de traitement soutenu qui nous permet de conserver et d'élaborer ces motifs d'une manière que d'autres primates ne font peut-être pas.
Noyé(e) sous les articles dans votre domaine ?
Recevez des digests quotidiens des articles les plus récents correspondant à vos mots-clés de recherche — avec des résumés techniques, dans votre langue.