La connectivité du cervelet ressemblant à des primates rend les perroquets plus intelligents

Les circuits cérébro-cérébelleux extraordinaires sont liés à l’intelligence des perroquets.

Pour la première fois, les neuroscientifiques ont identifié que la connectivité de type primate entre le cervelet (latin pour “petit cerveau”) et le cerveau pouvait être liée à une intelligence aviaire supérieure et à des capacités cognitives complexes chez les perroquets.

Ce qui rend cette découverte particulièrement importante dans le règne animal, c’est que mieux comprendre comment la connectivité cérébro-cérébelleuse fonctionne chez les oiseaux et les primates pourrait nous aider à mieux comprendre les fondements neuronaux de l’intelligence humaine.

Voies cortico-cérébelleuses chez les oiseaux et les mammifères. Chez les mammifères, les apports du cortex au cervelet sont acheminés à travers les noyaux des pontines. Chez les oiseaux, les apports du télencéphale au cervelet sont également acheminés à travers deux noyaux à la base des pons (noyaux pontiques médiaux et latéraux, PM et PL) mais aussi à travers un noyau supplémentaire dans le prétectum, les noyaux spiriformes internes (SpM). .

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Source: Cristián Gutiérrez-Ibáñez, Andrew N. Iwaniuk, Douglas R. Wylie (2018) dans Scientific Reports / Creative Commons 4.0

Cet article, “Les perroquets ont évolué vers un circuit télencéphalique-cérébral-cérébelleux ressemblant à un primat”, a été publié le 2 juillet dans des rapports scientifiques . Cristián Gutiérrez-Ibáñez, professeur de psychologie à l’Université de l’Alberta, a été le premier auteur de cet article. Pour cette étude, Gutiérrez a collaboré avec Douglas Wylie, qui dirige le laboratoire de recherche sur les cerveaux basé sur les neurosciences avec le co-auteur Andrew Iwaniuk du Centre canadien de neurosciences comportementales (CCBN) de l’Université de Lethbridge.

Un résultat clé de cette recherche est que la voie télencéphalon-SpM-cervelet chez les perroquets peut jouer un rôle très similaire à la voie cortico-ponto-cérébelleuse des primates en termes de contrôle de la motricité fine et de facilitation de certains processus cognitifs.

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Pour cette étude, l’équipe canadienne avait accès à la plus grande collection de cerveaux d’oiseaux au monde. Après avoir comparé les différences anatomiques dans la structure cérébrale de 98 types d’oiseaux différents, les chercheurs ont découvert qu’une petite région cérébrale reliant le cervelet au cortex cérébral chez les oiseaux (appelée «noyau spiriforme médial») était beaucoup plus grande chez les perroquets.

“Une zone du cerveau qui joue un rôle majeur dans l’intelligence des primates s’appelle les noyaux de pontine, cette structure transfère les informations entre les deux plus grandes zones du cerveau, le cortex et le cervelet, ce qui permet un traitement supérieur et un comportement plus sophistiqué. “Gutiérrez a déclaré dans un communiqué. “Chez les humains et les primates, les noyaux pontiques sont grands comparés aux autres mammifères. Cela est logique compte tenu de nos capacités cognitives. ”

La région de SpM remplit la même fonction chez les oiseaux que la région des noyaux pontiques présente chez les primates, qui consiste à faire circuler l’information entre le cervelet et le cortex cérébral du cerveau. “Cette boucle entre le cortex et le cervelet est importante pour la planification et l’exécution de comportements sophistiqués”, a déclaré Doug Wylie dans un communiqué.

“Indépendamment, les perroquets ont développé une zone élargie qui relie le cortex et le cervelet, similaire aux primates”, a déclaré Gutiérrez. “Ceci est un autre exemple fascinant de la convergence entre les perroquets et les primates. Cela commence par des comportements sophistiqués, comme l’utilisation d’outils et la conscience de soi, et peut également être vu dans le cerveau. Plus nous regardons les cerveaux, plus nous voyons de similitudes. Cela pourrait constituer un excellent moyen d’étudier comment le processus similaire, basé sur des pontines, se produit chez l’homme », a conclu Gutiérrez. “Cela pourrait nous permettre de mieux comprendre le fonctionnement de notre cerveau humain.”

“Quel que soit le cervelet, il en fait beaucoup.”

Pour la plupart des gens, apprendre que l’intelligence des perroquets peut être liée à la connectivité de type primate entre le cerveau et le cervelet n’était probablement pas un moment extraordinaire. Mais pour moi, apprendre cette information m’a presque fait tomber de ma chaise.

En 2005, mon défunt père, Richard Bergland (1932-2007) et moi-même avons créé un nouveau modèle de cerveau divisé radical que nous avons appelé “cerveau en bas”, mettant en évidence la connectivité structurelle et fonctionnelle entre le cervelet et le cerveau. (Pour plus de détails, voir “Le split-brain: une hypothèse en constante évolution”)

Ce diagramme illustre les premières incarnations du “modèle de cerveau divisé de Bergland” et décrit diverses contributions hypothétiques du cerveau et du cervelet pendant les interactions cérébro-cérébelleuses. (Extrait de la page 81 du parcours de l’athlète)

Source: Photo et illustration de Christopher Bergland (Circa 2007)

Mon père était neurochirurgien, neuroscientifique et auteur de The Fabric of Mind (Viking). Chaque fois que nous discutions des rouages ​​internes du cerveau, mon père disait: « Nous ne savons pas exactement ce que fait le cervelet. Mais quoi que ce soit, ça en fait beaucoup. ”

Au début du 21ème siècle, il n’y avait qu’une poignée de neuroscientifiques qui spéculaient que le cervelet était impliqué dans tout type de processus cognitif de niveau supérieur. Mon père était l’un d’entre eux. À l’époque, la plupart des experts pensaient que le cervelet n’était responsable que des fonctions motrices «non pensantes», telles que le réglage fin de la coordination musculaire et l’orchestration de la synchronisation précise des mouvements physiques. Étant donné que je travaille dans le sport professionnel, le cervelet m’a toujours intéressé. Le «petit cerveau» facilite ce que j’appelle la «superfluidité» et joue un rôle central dans la performance sportive maximale.

Malheureusement, lorsque j’ai publié, il y a dix ans, notre modèle radical «cerveau en bas» dans The Athlete ‘s Way: Sweat et la biologie de la félicité (St. Martin’s Press), le concept a été rejeté par le piquer la curiosité des lecteurs généraux. Le livre était un échec. Cela dit, je pense que papa et moi étions en avance sur notre époque … Compte tenu de la vague de recherches cérébelleuses ces derniers temps, j’ai bon espoir que le cervelet obtiendra la reconnaissance et l’appréciation qu’il mérite.

Après la mort de mon père en 2007, j’ai fait le vœu de garder mes antennes en place pour toute nouvelle recherche cérébelleuse en l’honneur du travail de sa vie. Et que je ferais de mon mieux en tant que profane pour nous aider à mieux comprendre le fonctionnement du cervelet et continuer à partager cette information avec les lecteurs ordinaires.

Un jour en 2009, avec le cervelet en tête, j’ai eu une Eureka! moment où je rentrais à pied du gymnase et suis tombé sur une amie nommée Maria qui est une poète. Alors que nous discutions du lien possible entre l’exercice aérobique et la pensée créative, elle a déclaré: ” Chaque fois que je commence à bouger mes bras et mes jambes d’avant en arrière sur le vélo elliptique, la poésie me déverse .”

Au moment où Maria prononçait ces mots, une image des quatre hémisphères cérébraux interagissant comme une “super-8 infinity loop” apparaissait dans mon esprit. Alors, je me suis précipité à la maison et j’ai essayé d’obtenir une représentation artistique de ces boucles d’anticipation et de rétroaction sur papier, aussi rapidement que possible. Cette tentative précipitée a abouti à la rayure de poulet colorée affichée dans la carte du cerveau ci-dessous. (Pour plus d’informations, voir “Eureka! Déconstruire la mécanique du cerveau de” Aha! Moments “.)

Cette esquisse illustre une version mise à jour du modèle original de «cerveau en bas», un cerveau divisé créé par Christopher Bergland avec son père.

Source: Photo et illustration de Christopher Bergland (vers 2009)

Le “super 8” jaune et vert avec des flèches bidirectionnelles dans l’illustration ci-dessus “comblant les espaces entre les quatre hémisphères cérébraux” représente la rétroaction et l’interaction directe entre diverses régions des deux hémisphères cérébraux et des deux hémisphères cérébelleux. Comme vous pouvez le voir, je me réfère familièrement au cerveau moyen comme “le pont” qui relie le cerveau et le cervelet. Après avoir lu le dernier article de Gutiérrez-Ibáñez et al., Je sais que cette zone est appelée techniquement les «noyaux de pontine» chez les mammifères et les primates.

Lorsque j’ai dessiné la carte du cerveau ci-dessus en 2009, je n’étais pas au courant de la recherche révolutionnaire basée sur l’ataxie de Jeremy Schmahmann sur le cervelet à la MGH de la Harvard Medical School. Au cours des dernières années, j’ai eu la chance de communiquer régulièrement avec Schmahmann et de me rendre compte de quel pionnier du cervelet il a été depuis la fin du 20ème siècle. (Pour plus de détails, voir ses articles de référence, “The Cerebrocerebellar System” (1997) et “Dysmetria of Thought: Conséquences cliniques de la dysfonction cérébelleuse sur la cognition et l’affect.” (1998))

Parce que je ne suis pas un neuroscientifique, la mise en page de la carte rudimentaire du cerveau-cervelet ci-dessus a été principalement inspirée par une réflexion sur un lien possible entre le cervelet et la cognition basée sur des conversations inspirantes avec mon père.

Au cours de la dernière décennie, j’ai été à la recherche de preuves empiriques et de recherches basées sur les neurosciences qui me permettraient de mieux comprendre et communiquer la signification de cette carte, sur laquelle je me suis basé. Autant dire que lorsque j’ai lu les dernières recherches du “Bird Brains Lab” et que j’ai vu leurs illustrations de la connectivité cortico-cérébelleuse chez les primates et les oiseaux, j’étais sur la lune.

Nous avons encore un long chemin à parcourir avant de savoir “ce que fait le cervelet”. Heureusement, une recherche novatrice comme la nouvelle étude sur la connexion cérébelleuse à l’intelligence des perroquets par Cristián Gutiérrez-Ibáñez, Andrew Iwaniuk et Douglas Wylie nous rapproche un peu plus de la résolution de cette énigme.

Les références

Cristián Gutiérrez-Ibáñez, Andrew N. Iwaniuk, Douglas R. Wylie. “Les perroquets ont développé un circuit télencéphalique-mi-cérébral-cérébelleux ressemblant à des primates”. Rapports scientifiques (première publication: 2 juillet 2018) DOI: 10.1038 / s41598-018-28301-4

Jeremy D. Schmahmann et Deepak N.Pandyat. “Le système cérébro-cérébelleux” (1997) Revue internationale de neurobiologie DOI: 10.1016 / S0074-7742 (08) 60346-3

Jeremy D. Schmahmann. “Dysmétrie de la Pensée: Conséquences Cliniques De La Dysfonction Cérébelleuse Sur La Cognition Et L’Affect.” (1998) Tendances En Sciences Cognitives DOI: 10.1016 / S1364-6613 (98) 01218-2