C'est à la nuit tombée que le crotale du Texas (Crotalus atrox), plus connu sous le nom de serpent à sonnette, part traquer ses proies. Au menu : rongeurs, lézards, grenouilles et parfois petits mammifères, qu'il immobilise puis tue en leur injectant un puissant venin. Le reptile détecte ses proies par la chaleur qu'elles rayonnent en infrarouge. David Julius et ses collègues de l'Université de Californie à San Francisco ont montré comment fonctionne, au niveau moléculaire, le système de perception infrarouge de ce prédateur.

Qu'ils soient non venimeux, tels les boas ou les pythons, ou venimeux, comme la vipère et le crotale, les serpents détectent leurs proies grâce au rayonnement infrarouge. Les yeux du serpent ne sont pas impliqués, car même quand ils sont masqués, l'animal parvient à détecter ses proies avec la même efficacité. La détection infrarouge fait intervenir des « fossettes sensorielles », de petites cavités situées à l'avant de la tête, sous chacune des narines. Jusqu'à ce jour, les connaissances sur le fonctionnement de ces fossettes étaient très sommaires. Pour en savoir plus, D. Julius et ses collègues ont étudié le crotale du Texas. Un candidat de choix, car sa sensibilité de détection est dix fois supérieure à celle des autres espèces.

L'intérieur de chaque fossette comporte une mince membrane innervée par des cellules du système somato-sensoriel, celui chargé de détecter les variations de pression et les variations de température. Quand une proie se trouve à proximité, à moins d'un mètre, la chaleur qu'elle dégage sous forme de rayonnement infrarouge réchauffe la membrane. Les chercheurs américains viennent de découvrir que cette chaleur active certains récepteurs – des canaux ioniques – nommés TRPA1, situés sur les cellules nerveuses. Quand la température atteint un seuil de 28 °C, ces canaux s'ouvrent et les cellules nerveuses transmettent alors un signal électrique jusqu'au « tectum optique », au sommet du tronc cérébral. Le cerveau construit alors une image en trois dimensions de la proie, proche de celle que l'on obtient avec une caméra thermique.

Ces travaux montrent que la localisation de la proie par le serpent n'implique pas la détection de photons infrarouges par des photorécepteurs, mais qu'elle met en jeu une détection thermique par un thermorécepteur, TRPA1. D. Julius et son équipe avaient déjà identifié ce type de récepteurs chez les mammifères. Chez la souris, ils ont montré que TRPA1 permet de détecter des substances irritantes telles que la graine de moutarde ou le raifort (que l'on retrouve dans le wasabi). Contrairement au cas du serpent, les récepteurs TRPA1 des mammifères ne sont pas activés par la chaleur. Ainsi, le récepteur TRPA1 revêt des fonctions différentes suivant l'espèce considérée – une spécialisation qui résulte de l'évolution.

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Avec une moue de dédain, le père regarda une dernière fois son ventre rond, avant d'en aspirer le contenu. La mère des œufs qu'il renfermait était vraiment trop malingre. Il n'allait tout de même pas s'épuiser à porter, nourrir et choyer la semence de cette pauvresse alors que la femelle de ses rêves, si belle et opulente, pouvait croiser sa route d'un instant à l'autre ! Pour elle, il était prêt à tout. Sans regret, il avalait la progéniture sacrifiée, sentant déjà une nouvelle énergie l'envahir. Oui, il serait le meilleur. Elle n'aurait d'autre choix que de lui confier ses œufs. Et à ceux-là, il donnerait tout...

Si toute ressemblance avec des personnes ayant existé est purement fortuite, ce scénario constituerait en revanche, selon des biologistes de l'Université Texas A&M, le quotidien des mâles Syngnathus scovelli. Les syngnathes, famille de poissons qui comprend notamment les hippocampes, sont les seuls animaux connus dont le mâle est « enceint ». Celui-ci possède une poche ventrale qui lui permet, pendant la gestation (environ deux semaines), de nourrir et protéger les œufs produits par la femelle. À l'inverse, il peut aussi puiser des ressources dans les œufs qu'il élève : des chercheurs suédois viennent de montrer, chez une espèce voisine des syngnathes, que des acides aminés provenant des œufs peuvent traverser la poche et se retrouver dans les muscles du mâle.

En étudiant l'incidence d'une première gestation sur une seconde chez 22 mâles Syngnathus scovelli, les chercheurs texans ont observé, d'une part que les mâles préfèrent les grosses femelles et, d'autre part, qu'ils délaissent d'autant plus leur première progéniture que la mère est petite. Dans ce cas, la plupart des œufs ne survivent pas et la gestation est raccourcie ; prêt pour une nouvelle aventure, le mâle s'occupe alors d'autant mieux de sa seconde progéniture que la mère est grosse.

En revanche, les mâles qui se sont d'emblée accouplés avec une grosse femelle s'occupent très bien de leur première progéniture, au détriment de la seconde. Selon les auteurs, ce contrôle avant et après l'accouplement permettrait au mâle de favoriser son croisement avec les meilleures femelles et la pérennité de leur progéniture.

Brrr, et ce n'est pas un poisson d'avril...

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Certains neurobiologistes estiment que le cerveau humain est capable de détecter inconsciemment les erreurs réalisées lors d'une action grâce à un processus cérébral spécifique. D'autres pensent que le traitement des erreurs fait partie, au même titre que celui des bonnes réponses, d'un unique processus cérébral de contrôle qui vérifie en permanence si l'information est traitée en adéquation avec l'environnement ou le contexte. Des résultats obtenus par Clémence Roger, Franck Vidal, Thierry Hasbroucq et Boris Burle, du Laboratoire de neurobiologie de la cognition (CNRS et Université de Provence), et par Christian Bénar (Inserm U.751), à Marseille, plaident en faveur de la seconde hypothèse.

En 1991, l'équipe de Michael Falkenstein, à Dortmund, avait montré que lorsque nous nous trompons en accomplissant une tâche cognitive – par exemple, reconnaître une lettre ou une couleur –, notre cerveau émet une onde électrique de polarité négative, détectable grâce à l'électroencéphalographie. Cette onde d'erreur commence juste avant la réponse motrice et son intensité est maximale 70 à 100 millisecondes après. Est-elle le signal électrique produit par le cerveau lorsqu'il détecte une erreur ? On aurait pu l'affirmer si le groupe de F. Vidal n'avait montré, en 2000, qu'une onde négative similaire, mais de moindre amplitude, est produite par les mêmes régions du cerveau lorsque la tâche est… correctement réalisée.

Comment une onde cérébrale associée à une bonne réponse peut-elle être aussi associée à la détection d'une erreur ? Une possibilité est que les deux ondes négatives proviennent d'aires distinctes du cerveau, situées sous la même électrode, mais à des profondeurs différentes ; cela traduirait l'existence de deux mécanismes neurobiologiques séparés : un mécanisme de détection des erreurs et un mécanisme de détection des réponses adéquates.

Pour en avoir le cœur net, Clémence Roger, à l'occasion de sa thèse à l'Université de Provence, et ses collègues ont analysé les ondes négatives produites dans différentes situations. L'expérience impliquait dix volontaires soumis à une tâche dite d'Eriksen. Sur un écran s'affichent trois lettres dont seule celle du milieu doit être identifiée, les lettres adjacentes servant à distraire l'attention du sujet. On demandait à chaque sujet d'identifier la lettre cible en pressant une manette soit de la main gauche, soit de la main droite (par exemple la main gauche si la cible est un B, la main droite s'il s'agit d'un G). On comptait ensuite les bonnes ou les mauvaises réponses. Simultanément,  l'activité cérébrale et celle des muscles de chaque main étaient enregistrées.

Les chercheurs ont analysé les ondes produites en cas d'erreur, de bonne réponse et d'ébauche d'erreur (bonne réponse, mais accompagnée d'une réaction de la main associée à la mauvaise réponse, et dont l'onde négative a une amplitude intermédiaire). Ils ont utilisé deux méthodes complémentaires. La première, dite analyse en composantes indépendantes, utilise un algorithme qui permet de déterminer les sources de signaux considérés comme indépendants et de leur trouver éventuellement une origine commune. La seconde est une méthode d'imagerie fonctionnelle, sLORETA (standardized low resolution electromagnetic tomography), qui reconstitue en trois dimensions la répartition des signaux électriques produits dans le cortex cérébral.

Il ressort de ces analyses qu'une même région cérébrale produit les trois types de signaux (les trois ondes négatives d'amplitudes différentes) : la zone cingulaire antérieure ou rostrale, déjà connue pour son implication dans la vérification des informations au cours de l'apprentissage. Ainsi, l'onde négative associée aux essais corrects et l'onde négative reliée aux erreurs ou aux ébauches d'erreur semblent être la manifestation du même processus neurobiologique de contrôle des fonctions cognitives.

Une autre étude récente, réalisée par Boris Burle en collaboration avec Stéphanie Ries et des chercheurs du Laboratoire de psychologie cognitive de l'Université de Provence, le confirme : des réponses erronées ou exactes exprimées cette fois à voix haute sont également associées à une onde négative. L'amplitude variable du signal suggère que la zone cingulaire rostrale discrimine la qualité – correcte ou erronée – de la réponse. Par quels mécanismes et à partir de quelles informations ? On l'ignore, mais les chercheurs de Marseille évoquent plusieurs pistes suggérées par certaines pathologies, telle la schizophrénie et la maladie de Parkinson, dans lesquelles la modulation de l'onde négative semble perturbée.