Comparison of cortical auditory evoked potentials in anesthetized versus awake Jamaican fruit bats

Imaginez votre cerveau comme une ville bouillonnante où le son est le trafic. Lorsqu'une voiture klaxonne, qu'une sirène hurle ou qu'un oiseau pépie, ce bruit voyage à travers l'air, frappe votre oreille et se transforme en signaux électriques. Ces signaux dévalent une autoroute vers le « district de traitement du son » du cerveau, le cortex auditif. Les scientifiques cherchent depuis longtemps à écouter ce district pour voir comment il gère le bruit. Habituellement, ils font cela en plaçant de minuscules microphones (électrodes) directement sur la surface du cerveau, mais cela nécessite une chirurgie et signifie souvent que l'animal doit être endormi.

Le sommeil, cependant, change la donne. C'est comme essayer de comprendre comment une ville fonctionne pendant l'heure de pointe en ne regardant la ville qu'à 3 heures du matin quand tout le monde dort ; le trafic est là, mais l'énergie, l'attention et les interactions complexes sont absentes. Dans le monde humain, nous avons un moyen non invasif d'écouter ce « trafic » appelé Potentiels Évoqués Auditifs Corticaux (PEAC). Considérez les PEAC comme une façon d'entendre l'« écho » ou la réaction du cerveau à un son sans ouvrir le crâne. C'est un peu comme entendre un cri rebondir sur la paroi d'un canyon ; la forme de l'écho vous renseigne sur la forme du canyon. Bien que nous sachions comment cela fonctionne chez l'humain et la souris, il nous manquait une image claire de la façon dont cela fonctionne chez les chauves-souris, surtout lorsqu'elles sont éveillées et font ce qu'elles font de mieux : voler et bavarder. C'est le puzzle que cette étude cherche à résoudre.

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Le contrôle sonore de la ville des chauves-souris : Éveillé vs Endormi

Dans cette étude, une équipe de chercheurs a décidé de vérifier l'« écho sonore » (PEAC) chez les chauves-souris frugivores de Jamaïque, mais avec une nuance : ils voulaient comparer les chauves-souris lorsqu'elles faisaient la sieste sous anesthésie par rapport à lorsqu'elles étaient bien réveillées et se détendaient. Pourquoi les chauves-souris frugivores ? Eh bien, ces spécimens sont les « gros SUV » du monde des chauves-souris, pesant environ 45 à 55 grammes avec des crânes épais, ce qui les rend beaucoup plus faciles à équiper de matériel d'enregistrement minuscule que leurs cousins insectivores plus petits aux crânes fins comme du papier.

Les chercheurs ont installé un laboratoire de son où ils pouvaient jouer différents bruits aux chauves-souris : des rafales de bruit statique (bruit), des sons balayés qui montent ou descendent en hauteur (comme un sifflet à coulisse), et des sons spécifiques qui imitent la façon dont les chauves-souris se parlent entre elles. Ils ont enregistré les ondes cérébrales des chauves-souris dans deux scénarios. Premièrement, ils ont endormi les chauves-souris avec un gaz appelé isoflurane (le même type utilisé pour les chirurgies humaines). Deuxièmement, ils ont utilisé un système de microphone implanté spécial et minuscule pour enregistrer les chauves-souris pendant qu'elles étaient éveillées, suspendues calmement dans une cage.

La grande surprise : Le bouton de « Volume »

La découverte la plus choquante a été de voir à quel point l'« écho » cérébral était plus fort lorsque les chauves-souris étaient éveillées. Lorsque les chauves-souris dormaient, leurs ondes cérébrales étaient présentes, mais elles n'étaient que de minuscules murmures. Quand les chauves-souris étaient éveillées, ces mêmes ondes cérébrales étaient 17 fois plus fortes ! C'est comme si l'anesthésie avait tourné le bouton du volume du cerveau vers un murmure à peine audible, tandis que l'état d'éveil l'avait poussé au niveau d'un concert de rock.

Les chercheurs ont également découvert que les chauves-souris endormies avaient besoin que les sons soient environ 10 dB plus forts pour les entendre par rapport aux chauves-souris éveillées. C'est comme si la chauve-souris endormie portait des protections auditives lourdes, tandis que la chauve-souris éveillée avait les oreilles grandes ouvertes.

La forme de l'écho

Voici la bonne nouvelle pour les scientifiques qui doivent utiliser l'anesthésie : même si le volume a été baissé, la forme de l'écho sonore est restée presque exactement la même. Que la chauve-souris soit endormie ou éveillée, le cerveau produisait le même motif de pics et de vallées en réponse aux sons. Cela signifie que même si vous ne pouvez pas entendre le plein « concert de rock », vous pouvez toujours identifier quel genre de musique est joué. La réaction de base du cerveau à une rafale de bruit, un balayage descendant ou un balayage ascendant présentait une apparence qualitativement similaire dans les deux états.

Cependant, il y avait une petite différence. Lorsque les chauves-souris se sont réveillées, une petite bosse supplémentaire est apparue dans l'onde sonore environ 10 à 12 millisecondes après le début du bruit. Cette bosse, que les chercheurs appellent « P0 », est supposée provenir d'une partie profonde du cerveau appelée thalamus. Il semble que l'anesthésie ait été si efficace pour calmer le cerveau qu'elle a totalement caché cette petite bosse. Ainsi, bien que l l'histoire principale soit la même, les chauves-souris éveillées ont révélé un petit détail que les endormies gardaient caché.

Le test du « Embouteillage »

L'équipe a également testé la façon dont le cerveau des chauves-souris gérait une série rapide de sons, comme une chauve-souris volant vers une cible et émettant une séquence rapide de clics. Lorsqu'ils jouaient un seul clic, le cerveau produisait un écho clair. Mais lorsqu'ils jouaient une séquence de cinq clics très rapidement, le cerveau ne produisait pas cinq échos distincts. Au lieu de cela, il les fusionnait tous en une seule grande onde complexe. Cela suggère que le cerveau de la chauve-souris est excellent pour l'« intégration temporelle » — il mélange les sons rapides pour comprendre la vue d'ensemble, plutôt que d'être confondu par chaque clic individuel. Cela se produisait que la chauve-souris soit endormie ou éveillée, bien que la réaction de la chauve-souris éveillée soit beaucoup plus forte.

Pourquoi cela importe

Cette étude confirme que, bien que l'anesthésie agisse comme une couverture épaisse, atténuant la réponse du cerveau et cachant certains petits détails, elle ne déforme pas l'image principale. Si vous voulez savoir comment le cerveau d'une chauve-souris traite le son, étudier une chauve-souris endormie vous donne une carte fiable, bien que plus silencieuse, du territoire. Mais si vous voulez voir la ville entière, vibrante, avec toute son attention et son énergie, vous devez attraper la chauve-souris pendant qu'elle est éveillée.

Les chercheurs ont également comparé ces chauves-souris frugivores aux chauves-souris de la famille des chauves-souris de Mexique (Mexican free-tailed bats) qu'ils avaient étudiées précédemment. Étonnamment, même si les chauves-souris frugivores sont beaucoup plus grandes et mangent des aliments différents, l'écho sonore de leur cerveau ressemblait presque identiquement à celui des plus petites chauves-souris insectivores. Cela suggère que la façon dont les chauves-souris traitent le son est un trait familial très ancien et partagé, qu'elles chassent des insectes ou qu'elles dévorent des fruits.

En bref, cet article nous dit que nous pouvons faire confiance aux données des chauves-souris endormies pour comprendre les bases de l'audition, mais si nous voulons entendre l'histoire complète, forte et détaillée de la façon dont le cerveau d'une chauve-souris fonctionne dans le monde réel, nous devons les écouter pendant qu'elles sont éveillées. Et pour la première fois, nous avons une carte claire de ce à quoi ressemble ce cerveau éveillé, 17 fois plus fort.