Publié le 17 janvier 2024. Des chercheurs ont percé les secrets du système sensoriel des rats, révélant un mécanisme évolué qui leur permet de distinguer avec précision les contacts externes des mouvements auto-générés de leurs moustaches, une capacité essentielle à leur survie.
- Les moustaches des rats sont ancrées dans des follicules spécialisés contenant des mécanorécepteurs.
- Une nouvelle étude identifie des mécanismes mécaniques primitifs – ressorts de collagène, compartiments stratifiés, ancrages à membrane et amortisseurs inertiels – qui filtrent les mouvements auto-générés.
- La disposition unique des mécanorécepteurs et leur structure de soutien en collagène sont cruciales pour cette capacité de discrimination tactile.
Depuis plus de vingt ans, des scientifiques de l’Institut des sciences Weizmann, en Israël, s’intéressent à la manière dont les rongeurs utilisent leurs moustaches, ou vibrisses, pour explorer leur environnement. Ils ont découvert qu’au sein des follicules de ces moustaches se trouve une classe de neurones sensoriels aux propriétés jusqu’alors inconnues. Ces neurones restent silencieux lorsque les moustaches se déplacent naturellement, mais s’activent instantanément au moindre contact avec un objet.
Cette capacité à ignorer les mouvements auto-générés et à ne réagir qu’aux stimuli externes posait une question fondamentale : quel type d’ingénierie biologique permet une telle discrimination ? Une nouvelle étude, publiée dans la revue Communications Nature, apporte une réponse en mettant en lumière des mécanismes évolutifs remarquables.
Contrairement aux poils ordinaires, les moustaches des rats, des souris et des hamsters sont profondément ancrées dans des follicules spécialisés, riches en mécanorécepteurs. Ces groupes de neurones transmettent des signaux au cerveau lorsque les moustaches explorent leur environnement. L’enseignante Satomi Ebara, de l’Université Meiji de médecine intégrative à Kyoto, au Japon, avait déjà découvert, avec ses collègues, que ces mécanorécepteurs se présentaient sous différentes formes, chacun logé dans une structure et une niche tissulaire spécifiques. Cependant, le lien entre ces différences architecturales et le fonctionnement des récepteurs restait un mystère.
Parallèlement, le professeur Ehud Ahissar, avec Marcin Szwed et le Dr Kinarik Bagdasarian de l’Institut des sciences Weizmann, avait identifié différentes classes fonctionnelles de mécanorécepteurs. Un groupe, les neurones de contact, ne réagissait qu’au mouvement de contact, tandis qu’un autre, baptisé « neurones de flexion » par les chercheurs, s’activait uniquement lorsque les moustaches se pliaient légèrement au contact d’un objet, restant inactifs lors des mouvements spontanés.
La nouvelle étude, menée par l’étudiant en maîtrise Taïga Muramoto sous la direction de Satomi Ebara, en collaboration avec le professeur Takahiro Furuta de l’Université d’Osaka, a révélé que le follicule des moustaches du rat est doté d’un ensemble de mécanismes mécaniques primitifs : des ressorts de collagène, des compartiments stratifiés, des ancrages à membrane et des amortisseurs inertiels. Ces structures, façonnées par la sélection naturelle, permettent de séparer les mouvements auto-générés du contact extérieur.
Les chercheurs ont identifié un sous-type spécifique d’environ 50 mécanorécepteurs en forme de massue, parmi les centaines présents dans chaque follicule, spécialement conçus pour détecter le toucher actif. La microscopie électronique à balayage a révélé que ces récepteurs sont intégrés dans une structure riche en collagène qui les isole mécaniquement des vibrations induites par le mouvement.
Une découverte surprenante est que cette structure de collagène agit comme un poids suspendu miniature à l’intérieur du follicule. Tout comme un pendule lourd stabilise un bâtiment en cas de vent fort, son inertie amortit les mouvements induits par les secousses, garantissant que les récepteurs ne répondent qu’à un véritable contact externe.
La fonction des mécanorécepteurs est également définie par leur emplacement unique : ils sont tous situés dans un anneau monocouche près du centre de masse du follicule, au niveau du point de pivot sur lequel tourne la moustache. Ce point d’appui bouge très peu pendant le mouvement, ce qui en fait un emplacement idéal pour un détecteur qui doit rester stationnaire.
Les comparaisons avec d’autres espèces montrent que les animaux qui ne dépendent pas du barattage actif ne possèdent pas ces adaptations évolutives. Chez le chat, par exemple, les récepteurs de type hub sont situés dans une matrice de collagène plus lâche, offrant une isolation mécanique moindre.
Les rats sont particulièrement actifs dans l’obscurité et dépendent du mouvement de leurs moustaches sensibles pour percevoir avec précision leur environnement immédiat.
« Comme ils n’ont pas une vision nocturne bien développée, la détection basée sur les moustaches est vitale pour leur survie. »
Ehud Ahissar, professeur à l’Institut des sciences Weizmann
Cette recherche révèle une convergence étonnante entre la biomécanique, l’architecture tissulaire et le traitement sensorimoteur, permettant de résoudre ce défi fondamental de la perception tactile active.
Les recherches du professeur Ehud Ahissar sont soutenues par Magnus Konow en l’honneur de sa mère Olga Konow Rappaport.
