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Billet de blog 12 juil. 2021

Autisme : Le chant des oiseaux pourrait contenir des indices sur les troubles humains

L'apprentissage vocal des oiseaux peut servir à comprendre les troubles de la communication et à les traiter.

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news.medill.northwestern.edu Traduction de "Bird song could hold clues for human disorders" Par Caroline Catherman - Medill Reports -  26 juin 2021

Un diamant mandarin, utilisé dans de nombreuses expériences qui étudient la structure du cerveau des oiseaux pour comprendre la parole humaine, se perche sur une corniche en Allemagne. © Manfred Richter/ Pixabay

Très peu d'animaux apprennent la parole d'une manière qui se rapproche de la méthode humaine.

Le répertoire de grognements, d'aboiements et de hurlements de la plupart des animaux est inné - génétiquement prédéterminé à la naissance. Les humains, en revanche, adoptent le langage existant dans leur premier environnement.

Mais les oiseaux chanteurs apprennent à chanter d'une manière similaire à celle dont les humains apprennent à parler.  Leurs chants présentent qui ils sont, et ce qu'ils veulent, c'est-à-dire généralement s'accoupler, se nourrir ou défendre leur territoire. Les oiseaux et les humains partagent tant de similitudes que l'étude de la façon dont ils acquièrent la capacité de "parler" a permis aux chercheurs d'essayer de déterminer pourquoi certains troubles de la parole, de la cognition et de la vie sociale surviennent chez les humains, étant donné le lien bien établi entre la parole, la fonction cérébrale et l'interaction sociale.

Stephanie White, chercheuse et directrice de laboratoire à l'université de Californie à Los Angeles, étudie les oiseaux depuis plus de 20 ans. Selon elle, les oiseaux offrent la possibilité d'étudier le fonctionnement de la parole humaine car, dans de nombreux cas, les études des régions du cerveau humain se limitent à la dissection de cerveaux morts.

"Le comportement ne se traduit pas sur un plateau", a-t-elle ajouté.

L'apprentissage vocal chez les oiseaux

Les oiseaux chanteurs, les perroquets, les colibris et quelques autres animaux apprennent à communiquer selon le modèle de chant ou la langue que leurs parents "parlent". De la même manière que n'importe quel être humain peut apprendre l'anglais, le swahili ou le khoisan, n'importe quel oiseau chanteur peut théoriquement tenter d'imiter le chant d'un bruant à couronne blanche, d'un pinson ou d'un rouge-gorge, explique David Rosenfield, directeur du Houston Methodist's Speech and Language Center. Tout cela est possible grâce à une capacité rare appelée apprentissage vocal. 

Les oiseaux entendent un son dans l'environnement, le mémorisent, puis le produisent de mémoire. Mais un oiseau n'est capable de faire cela que pendant une minuscule fenêtre au début de sa vie, lorsque certaines zones du cerveau sont encore flexibles.

Si les oiseaux chanteurs ne sont pas exposés à leurs mélodies pendant cette brève période de leur vie, leur "période critique", ils ne seront jamais capables de chanter comme les oiseaux sauvages normaux. Et cela signifie qu'ils ne seront pas en mesure de communiquer efficacement. Même s'ils sont exposés à des chants d'oiseaux plus tard dans leur vie, ils ne peuvent produire que des approximations grossières des chants d'oiseaux normaux, selon la célèbre étude menée en 1970 par l'ethnologue Peter Marler sur les bruants à couronne blanche. L'étude a exposé les oiseaux à des chants à différentes périodes et a comparé les airs résultants que chaque oiseau chantait.

"L'essentiel est que si l'oiseau n'entend pas ce qu'il est censé produire, il ne l'apprendra pas", a déclaré Rosenfield.

Ce bruant à couronne blanche sauvage est la même espèce que celle utilisée dans l'étude de Marler. © Kara Skye/Pixabay

L'apprentissage vocal chez l'homme

L'apprentissage vocal chez l'homme s'effectue selon une séquence similaire et, comme pour les oiseaux, les tentatives des scientifiques pour comprendre les troubles liés au langage, du bégaiement aux troubles du développement comme l'autisme, se concentrent sur les expériences précoces.

Chez l'homme, cette fenêtre critique pour acquérir la maîtrise d'une langue couvre les premières années de la vie et se termine quelque part entre l'âge de cinq ans et le début de la puberté, comme l'indique l'article d'Elissa L. Newport paru en 1990 dans Cognitive Science

 Ensuite, tout comme les bébés font des babillages qui se transforment lentement en mots puis en phrases, les oiseaux émettent des sons confus qui sont des approximations grossières des chants d'oiseaux et, avec de la pratique, les transforment en messages d'oiseaux complets.

La célèbre étude de Marler, réalisée en 1970, avance la théorie selon laquelle les oiseaux, comme les bébés, gardent en mémoire le langage de leur gardien, le comparent aux sons qu'ils émettent et adaptent leurs sons en conséquence pour correspondre au modèle pendant le développement du langage.

Applications historiques de la recherche sur les oiseaux à l'homme

Après avoir réalisé les similitudes entre la façon dont les humains et les oiseaux apprennent à parler, les scientifiques ont commencé à tester les cerveaux des oiseaux pour détecter les zones cérébrales et les gènes communs.

De nombreuses études, comme cet article de 2015 d'Andreas R. Pfenning du département de neurobiologie du Howard Hughes Medical Institute et de plusieurs co-chercheurs, ont confirmé que le cerveau des oiseaux chanteurs partage des voies uniques pour la parole, que l'on retrouve chez peu d'espèces autres que l'homme. Une zone du cerveau des oiseaux appelée HVC est cruciale pour l'apprentissage et la production de chants - analogue à certaines zones du cortex préfrontal humain liées à la parole. Cette région du cerveau aide à contrôler la zone X des oiseaux, un groupe d'environ 2 000 gènes dédiés à la production de vocalisations apprises. L'aire X est similaire aux ganglions de la base, l'une des régions du cerveau humain qui est reliée au cortex préfrontal humain et qui planifie et contrôle l'articulation.

En 2001, le gène FOXP2 est devenu le premier gène identifié comme affectant le développement de la parole chez l'homme, en raison de sa relation avec de nombreuses autres zones du cerveau et des centaines d'autres gènes. Des recherches ultérieures ont montré qu'il était également crucial pour les oiseaux : lorsqu'on injectait à des bébés oiseaux un sérum qui modifiait le fonctionnement de leur gène FOXP2, ils ne pouvaient pas apprendre à chanter une chanson normale.

Depuis, la recherche sur les gènes communs aux oiseaux et aux humains a progressé.

"Pas seulement pour FOXP2, mais pour de nombreux gènes, il y a une plus grande similitude dans le profil d'expression génétique de ces régions [chez l'homme] et dans les cerveaux d'oiseaux que dans le cas contraire", a déclaré White.

Les étapes de l'apprentissage vocal sont similaires chez les oiseaux et les humains. Ils entendent d'abord le chant de leurs parents, puis ils essaient encore et encore de le produire, en comparant leurs sons à leur mémoire, jusqu'à ce qu'ils apprennent finalement à parler. © Caroline Catherman/ MEDILL

La recherche translationnelle actuelle sur le chant des oiseaux

Aujourd'hui, la recherche translationnelle se concentre sur la manipulation expérimentale de certains gènes et de certaines zones du cerveau chez les oiseaux chanteurs pour voir ce qui se passe. Les résultats de ces études aident les scientifiques à formuler des hypothèses sur le rôle que ces mêmes gènes et zones cérébrales jouent dans l'apprentissage vocal chez l'homme.

Dans une étude publiée dans Science Advances en février 2021, par exemple, on a injecté à des oiseaux un sérum qui empêchait en grande partie le FOXP1, un gène étroitement lié au FOXP2, de contrôler d'autres gènes dans le HVC.

Les bébés oiseaux qui avaient entendu des adultes chanter avant l'injection ont été capables d'apprendre à chanter normalement, d'achever le processus d'apprentissage vocal sans problème. Mais les oiseaux qui n'avaient pas entendu un adulte chanter avant l'injection n'ont pas réussi à chanter les notes qui leur auraient permis de communiquer avec d'autres oiseaux. Ils chantaient des chansons similaires à celles des oiseaux qui n'avaient pas du tout été exposés à un adulte enseignant.

Avant cette étude, les chercheurs savaient que FOXP1 jouerait un rôle dans l'apprentissage vocal, a déclaré Therese Koch, co-auteure principale de l'étude. Ils en savent désormais plus sur le comment et le pourquoi.

"Auparavant, il n'était pas possible de distinguer le rôle de FOXP1 dans ... la compréhension d'un exemple afin de pouvoir le copier, du processus d'apprentissage réel pour parvenir à cette copie", a déclaré Koch.

Cette étude a des implications importantes pour l'homme. Les mutations du gène FOXP1 peuvent entraîner des déficiences intellectuelles, des retards de développement et des comportements semblables à ceux de l'autisme dans un trouble connu sous le nom de syndrome apparenté à FOX-P1. Le gène est également lié aux troubles du spectre de l'autisme : des études ont révélé que certaines personnes présentant des troubles du spectre de l'autisme peuvent avoir une expression trop élevée du gène FOXP1.

 Mme Koch a déclaré qu'elle et ses co-chercheurs du centre médical de l'université du Texas Southwestern pourraient examiner plus en détail pourquoi ce gène empêche les oiseaux d'apprendre des tuteurs, afin de comprendre pourquoi ce gène est lié à tous ces troubles humains. 

"Est-ce le fait social (...) que l'oiseau ne se préoccupe pas des autres oiseaux après le blocage de FOXP1, qu'il ne fait tout simplement pas attention ?". a demandé Koch. "Ou est-ce simplement parce qu'il ne peut pas former ces souvenirs correctement, parce que les neurones où nous avons éliminé FOXP1 sont potentiellement impliqués dans le stockage du souvenir d'un chant tuteur pour guider l'apprentissage ultérieur ? Nous ne savons rien de tout cela pour l'instant, mais toutes ces questions seraient intéressantes à examiner à l'avenir."

L'avenir de la recherche sur les oiseaux chanteurs

En Californie, Mme White espère pousser ces recherches encore plus loin dans son laboratoire de biologie intégrative et de physiologie à UCLA. Les scientifiques ayant identifié les gènes et les réseaux neuronaux impliqués dans l'apprentissage vocal en période critique chez les oiseaux, ils pourraient en théorie cibler ces zones dans des médicaments destinés à traiter les problèmes de communication chez l'homme, a-t-elle déclaré. Elle ajoute que les chercheurs de son laboratoire ont essayé d'identifier les zones du cerveau pour cibler les médicaments chez leurs pinsons zébrés résidents, mais n'ont rien trouvé jusqu'à présent.

"Le modèle courant pour le développement de médicaments sont les rongeurs et les primates non humains", a-t-elle déclaré. "Mais il y a un trou béant dans la capacité à traiter les problèmes de retard de langage et les enfants non verbaux". 

Pour l'instant, aucun médicament approuvé par la FDA n'est commercialisé pour le bégaiement. Un médicament prescrit aux enfants du spectre de l'autisme, la rispéridone, peut résoudre des problèmes comme les comportements répétitifs, mais pas l'aspect communication sociale de l'autisme. Selon White, les oiseaux chanteurs pourraient être la solution en matière de modèle animal, mais il faudra un "grand changement dans la façon de penser des NIH" pour que la recherche en arrive là.

D'autres experts recommandent la prudence quant à l'application des modèles d'oiseaux chanteurs au traitement des troubles de la communication chez l'homme. Michael Lombardo, qui dirige le Laboratoire pour l'autisme et les troubles du développement neurologique à l'Istituto Italiano di Tecnologia en Italie, a récemment publié une étude reliant l'expression génétique chez les oiseaux chanteurs et les humains à des sous-groupes de résultats précoces en matière de langage. Mais il a déclaré dans une interview qu'il n'y avait pas encore suffisamment de preuves pour établir un lien entre le développement des oiseaux chanteurs et le traitement du langage dans les troubles du spectre de l'autisme, par exemple.

"Tout ce qui se passe chez les oiseaux chanteurs est un processus beaucoup plus simplifié et spécifique que ce que représente le langage humain", a-t-il déclaré. "Il se pourrait que les choses développées dans la recherche sur les oiseaux chanteurs n'aient aucune valeur réelle pour aider à traiter les problèmes de langage chez les enfants autistes. Mais je suppose que nous devons attendre et voir ce que la recherche montre."

Caroline Catherman est journaliste spécialiste de la santé, de l'environnement et des sciences à Medill. Vous pouvez la suivre sur Twitter à l'adresse @CECatherman.

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