Parallel visual processing in the suprachiasmatic region of a diurnal mammal.

La lumière fait bien plus que nous permettre simplement de voir le monde ; elle agit comme un régulateur maître pour l'horloge interne du corps, réglant la synchronisation du sommeil, du métabolisme et de l'humeur. Chez les mammifères, un minuscule amas de cellules nerveuses situé profondément dans le cerveau, connu sous le nom de noyau suprachiasmatique, sert de moyeu central pour ce processus. Cette structure reçoit des signaux directs des yeux et les utilise pour synchroniser les rythmes quotidiens du corps avec le lever et le coucher du soleil. Pendant des décennies, les scientifiques ont compris comment ce système fonctionne chez les animaux qui sont actifs la nuit, tels que les souris et les rats. Chez ces créatures nocturnes, le noyau agit principalement comme un compteur de lumière, comptant la luminosité de l'environnement pour dire au corps quand se reposer et quand s'éveiller. Cependant, la vie quotidienne des animaux actifs pendant la journée est très différente. Ils sont exposés à une lumière brillante et complexe pendant de nombreuses heures, faisant face à un monde visuel qui change rapidement avec les ombres, les mouvements et les variations de contrastes. Il est resté incertain si le centre de détection de la lumière du cerveau chez les animaux actifs de jour fonctionne de la même manière simple que chez leurs cousins nocturnes, ou s'il a évolué pour gérer ces informations visuelles plus riches et plus dynamiques.

Pour répondre à cette question, des chercheurs se sont tournés vers la souris africaine à quatre bandes, un petit rongeur qui est actif pendant la journée et partage une histoire familiale proche avec la souris de laboratoire commune. L'équipe a combiné plusieurs techniques pour cartographier comment la lumière affecte le cerveau de ces animaux. D'abord, ils ont tracé les connexions physiques de l'œil vers le cerveau, révélant que si la voie principale mène au noyau central, certaines fibres s'étendent également dans le tissu environnant. Ils ont ensuite exposé les animaux à différents types de lumière, incluant des faisceaux constants et des motifs vacillants, et ont recherché des marqueurs chimiques dans le cerveau indiquant quels neurones étaient activés. Enfin, ils ont inséré de minuscules électrodes pour enregistrer l'activité électrique de cellules nerveuses individuelles pendant que les animaux étaient exposés à une grande variété de stimuli lumineux, allant de lueurs tamisées à des éclats brillants et des motifs complexes de changements de luminosité.

Les résultats ont montré que le cerveau de la souris diurne traite la lumière d'une manière beaucoup plus expansive et diversifiée qu'on ne le pensait auparavant. Bien que le noyau central ait répondu à la lumière en augmentant son taux de décharge, similaire à ce qui est observé chez les animaux nocturnes, cette activité n'était pas confinée à ce seul point. Au lieu de cela, un grand nombre de cellules sensibles à la lumière ont été trouvées dans le tissu immédiatement entourant le noyau. Ces cellules voisines se comportaient différemment de celles à l'intérieur du noyau. Tandis que les cellules centrales agissaient comme des compteurs stables, suivant la luminosité globale de l'environnement, les cellules environnantes étaient hautement sensibles aux changements. Elles déchargeaient en réponse à l'apparition ou à la disparition soudaine de la lumière, et réagissaient fortement aux motifs vacillants ou changeants. Cela suggère que la région cérébrale responsable de l'horloge quotidienne n'est pas seulement un simple compteur de lumière chez les espèces actives de jour, mais fait partie d'un réseau plus large qui analyse également les caractéristiques dynamiques du monde visuel.

En regroupant les cellules enregistrées selon la façon dont elles répondaient à des motifs lumineux complexes et changeants, les chercheurs ont identifié cinq types distincts de traitement visuel. Certaines cellules étaient réglées pour détecter le niveau global de lumière, tandis que d'autres étaient spécialisées pour repérer les transitions rapides ou des types spécifiques de mouvement. Crucialement, ces différents types de cellules n'étaient pas mélangés de manière aléatoire ; ils étaient organisés en zones spécifiques. Les cellules qui suivaient la luminosité constante se trouvaient principalement à l'intérieur du noyau central, tandis que les cellules qui répondaient aux changements rapides étaient concentrées dans les zones juste à l'extérieur de celui-ci. Cet agencement indique que le cerveau a séparé la tâche de donner l'heure de la tâche d'analyser les détails visuels, tout en les gardant physiquement proches pour travailler ensemble.

L'étude a également abordé une question de longue date sur la question de savoir si les animaux actifs de jour traitent la lumière différemment à un niveau fondamental. Certaines études antérieures, plus restreintes, avaient suggéré que la lumière pourrait en fait supprimer l'activité des horloges cérébrales chez les animaux actifs de jour, agissant comme un inhibiteur plutôt que comme un stimulant. Cependant, cette nouvelle investigation à grande échelle n'a trouvé aucune preuve étayant cette idée. Chez la souris africaine à quatre bandes, la lumière augmentait généralement l'activité des cellules de l'horloge centrale, tout comme chez les souris nocturnes. La différence ne réside pas dans le fait que la lumière allume ou éteigne les cellules, mais dans le fait que les animaux actifs de jour ont recruté une zone beaucoup plus vaste du cerveau pour traiter le monde visuel. Ce réseau étendu leur permet d'utiliser la lumière non seulement pour régler leurs horloges internes, mais aussi pour recueillir des informations détaillées sur leur environnement, une capacité qui peut être essentielle pour naviguer dans une journée lumineuse et active. Les découvertes révèlent que le système de détection de la lumière du cerveau est bien plus polyvalent chez les mammifères actifs de jour, intégrant la mesure simple du temps avec l'analyse complexe de l'environnement visuel.