Les souris « entendent » via leurs vibrisses, une possible percée pour la cécité – étude

Pour se déplacer dans l’obscurité, les souris mettent leurs vibrisses en mouvement et elles touchent les objets avec, les effleurant, afin de les détecter et de les identifier.

Au cours des dernières décennies, les scientifiques avaient considéré ce comportement, appelé « whisking » – ou mouvement des vibrisses – comme un simple acte tactile.

Mais des chercheurs de l’Institut Weizmann des sciences ont découvert que les mouvements des vibrisses des souris produisent des sons subtils. Ces sons sont ensuite captés par les oreilles des rongeurs et traités dans le cortex auditif. Les souris peuvent utiliser ces sons pour améliorer leur sens du toucher et la perception de leur l’environnement.

« Les vibrisses des souris sont si délicates que personne n’avait pensé à vérifier si elles produisaient des sons que les souris pouvaient entendre », explique le Pr. Ilan Lampl, du Département des sciences du cerveau de l’Institut Weizmann. Il a dirigé l’étude avec un autre chercheur principal, le Dr. Ben Efron, qui était alors doctorant ; le Dr. Athanasios Ntelezos et le Dr. Yonatan Katz, tous les trois chercheurs à l’Institut Weizmann.

« Nous avons beaucoup cherché, mais aucune étude ne faisait mention de cette possibilité », déclare Lampl.

Leurs conclusions, qui ont été récemment publiées dans Current Biology, offrent un aperçu unique de la complexité de la perception naturelle qui implique généralement plusieurs sens – en l’occurrence le toucher et l’ouïe.

Le Dr. Ben Efron (à gauche) ; le Dr. Yonatan Katz, le Pr. Ilan Lampl et le Dr. Athanasios Ntelezos du Département des sciences du cerveau de l’Institut Weizmann étudient la capacité des souris à entendre grâce à leurs moustaches. (Crédits : Ben Efron ; Itaï Belson)

Les chercheurs notent que les principes de leur étude pourraient être appliqués pour aider les personnes malvoyantes à distinguer différents sons, ou pour concevoir des robots qui seraient capables de créer des capteurs d’alerte précoce dans des conditions de visibilité réduite.

Une combinaison des sens

Lampl, Efron et Ntelezos ont expliqué leur étude lors d’une audioconférence.

Ils travaillent sur le système sensoriel de la souris et ils étudient différents aspects du cortex – la couche la plus externe du cerveau qui traite des fonctions telles que la pensée, les émotions, la mémoire et le langage.

Dans leurs travaux, les chercheurs se sont penchés sur l’intégration des différents sens et sur la manière dont ces derniers partagent des informations.

Dans la vie quotidienne, l’être humain combine souvent deux sens sans y réfléchir, a déclaré Lampl lors de la conférence. Par exemple, il peut secouer une bouteille en plastique pour déterminer, via l’ouïe, l’eau qu’elle contient encore ou tendre l’oreille au bruissement fait par un emballage de barre chocolatée, au fond d’un sac.

« Nous avons commencé à réfléchir à d’autres systèmes sensoriels que nous pourrions combiner », a expliqué Efron.

Les sens des souris pourraient s’être développés au cours de l’évolution pour les aider à chasser leurs proies ou à échapper à leurs prédateurs.

Une souris utilisant ses moustaches sur du papier d’aluminium, démontrant ainsi que le mouvement naturel des moustaches produit un son audible. (Crédit : Institut Weizmann des sciences)

« Elles peuvent, par exemple, utiliser leurs vibrisses pour déterminer si des graines sont solides ou si elles sont creuses », a indiqué Lampl.

« Pour éviter d’être repérées par des prédateurs tels que les hiboux, elles peuvent choisir de traverser un champ d’herbe verte plutôt que de la paille sèche. »

Les chercheurs ont utilisé des microphones sensibles qui sont capables d’enregistrer des fréquences ultrasoniques – qui dépassent la limite supérieure de la gamme audible par l’oreille humaine. Ils les ont placés à environ 2 centimètres de la source sonore, soit à peu près à la même distance que celle qui sépare les vibrisses de la souris de ses oreilles.

Les vibrisses des souris sont à peu près aussi épaisses que les cheveux humains à la base avant de s’affiner vers leur extrémité, ce qui leur permet d’émettre des sons.

Les chercheurs ont commencé par enregistrer les sons émis par les vibrisses lorsqu’elles sondaient différentes surfaces, notamment des feuilles de bougainvillier séchées et du papier d’aluminium. Ils ont précisé avoir utilisé du papier d’aluminium car il produit un son « distinct ».

Ils ont placé des électrodes dans le cerveau de la souris afin d’enregistrer l’activité des neurones et ils se sont demandés si le cerveau réagirait aux sons.

Les chercheurs ont été surpris de constater une activation significative des neurones du cortex auditif lorsque les souris frottaient leurs vibrisses contre les objets.

Une souris des bois assise sur ses pattes arrière. (Crédit : iStock)

Efron a expliqué que cela suggérait que les souris « entendaient réellement » les sons activés par leurs vibrisses.

Cependant, a-t-il ajouté, il a fallu s’assurer que l’activation des neurones n’était pas due à des informations provenant d’une sensation tactile des moustaches.

Toutes les informations sensorielles reçues par les souris passent en effet par les follicules de leurs moustaches jusqu’à leur cerveau, via un seul nerf. Après avoir sectionné ce nerf, le cortex auditif des souris a continué de réagir aux sons.

Illustration : Un malvoyant. (Crédit : Motortion ; iStock par Getty Images)

Les modèles d’IA confirment les conclusions

Les chercheurs ont développé un modèle d’apprentissage automatique basé sur l’intelligence artificielle (IA) qui a été entraîné à identifier des objets à partir de l’activité neuronale collective enregistrée dans le cortex auditif des souris.

Ils ont ensuite entraîné un autre modèle d’apprentissage automatique à identifier des objets à partir des sons émis par les vibrisses des souris. Ces deux modèles ont confirmé que « c’est bien le son qui stimule l’activité neuronale », a déclaré Efron.

Les conclusions de cette étude pourraient aider les personnes malvoyantes qui utilisent une canne blanche pour se déplacer.

« Les cannes blanches permettent non seulement aux personnes de sentir le type de sol sur lequel elles marchent, mais le bruit leur indique également s’il s’agit de béton ou de bois », a déclaré Lampl.

« Le mouvement des vibrisses des souris pourrait nous aider à mieux comprendre nos systèmes sensoriels. »