spectrumnews.org Traduction de "Zebrafish social behavior swims into mainstream" - 17 novembre 2022 - Sarah DeWeerdt
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Des chercheurs s'efforcent de mettre au point de meilleures techniques pour évaluer le comportement social du poisson-zèbre, selon des études inédites présentées à la conférence Neuroscience 2022 à San Diego, en Californie. Et ce, à juste titre. Le poisson peut modéliser des aspects de la génétique de l'autisme qui sont difficiles d'accès chez d'autres espèces, montrent d'autres travaux.
L'impression nette est que, malgré leur distance évolutive par rapport aux humains, les poissons zèbres peuvent dire quelque chose de significatif sur le comportement social - et comment les gènes liés à l'autisme peuvent le modifier.
"Je pense que les gens sont plus ouverts à cette idée depuis quelques années", déclare Yijie Geng, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Randall Peterson à l'Université de l'Utah à Salt Lake City.
Selon Yijie Geng et les autres chercheurs qui les étudient, les poissons zèbres sont très sociaux. Dans la nature, ils sont rarement seuls, préférant former des agrégations lâches de poissons appelées bancs et présentant parfois un comportement de banc plus serré et plus coordonné.
L'une des difficultés est que l'évaluation manuelle de ce comportement est une tâche fastidieuse et longue, et que la plupart des tests ne permettent de saisir que quelques aspects du comportement, tout au plus. Il existe des logiciels permettant d'analyser le comportement du poisson, mais ils ont aussi leurs limites. "Il classe en fonction de paramètres importants pour nous, mais nous ne savons pas s'ils sont importants pour le poisson zèbre", explique Geng.
C'est là qu'intervient l'intelligence artificielle. Dans une présentation par poster mardi, Geng a détaillé un programme d'apprentissage automatique appelé ZeChat qui peut analyser le comportement de jusqu'à 80 poissons à la fois.
Geng et Peterson ont déposé des paires de larves de poisson-zèbre dans des enclos de 2 cm sur 4 cm et les ont séparées par un morceau de plexiglas transparent qui se trouve au milieu de chaque enclos (voir la vidéo). Des caméras enregistrent les poissons lorsqu'ils interagissent à travers la barrière, et l'algorithme détecte et classifie automatiquement le comportement.
D'autres chercheurs développent des approches utilisant ce principe, appelé apprentissage profond non supervisé, pour évaluer le comportement d'autres espèces d'organismes modèles.
"L'ordinateur n'est pas non plus un poisson-zèbre, mais l'avantage qu'il a par rapport à un humain est qu'il ne fait pas de discrimination entre les détails", explique Geng.
Le résultat est une carte de 80 comportements différents du poisson-zèbre, dont certains - comme le numéro 8, le mouvement des yeux ; le numéro 36, l'ajustement de la position pendant la phase de sommeil ; et le numéro 40, le passage de la phase de sommeil à la phase active à la fenêtre - peuvent être interprétés par les humains, alors que la signification des autres reste un mystère.
L'algorithme décrit une "empreinte" comportementale à 80 dimensions pour chaque poisson, en fonction de la fréquence à laquelle il adopte chacun de ces comportements.
Geng et Peterson ont utilisé ZeChat pour évaluer les effets de 237 médicaments différents sur le comportement de poissons zèbres de type sauvage. Différentes classes de médicaments ont produit des empreintes comportementales distinctes, et les composés qui ont des fonctions similaires en produisent de semblables.
Les chercheurs ont constaté que les médicaments qui stimulent un type de récepteur de la dopamine augmentent la sociabilité des poissons. Grâce à ces médicaments, les poissons sont plus susceptibles de rester à proximité de la barrière, de battre la queue et de nager rapidement, et de se retourner plus rapidement et plus fréquemment que les poissons zèbres témoins.
Trois médicaments différents de cette classe - le pramipexole, le piribédil et le 7-Hydroxy-DPAT-HBr - permettent de remédier aux déficits sociaux chez les poissons zèbres exposés à l'acide valproïque, un médicament anticonvulsivant lié à l'autisme.
Ces recherches figurent également dans un article publié sur bioRxiv en octobre 2021. Geng vise à développer une version de l'algorithme qui pourrait analyser le comportement de deux poissons zèbres nageant ensemble sans être séparés par une barrière.
À mesure que l'intérêt pour le comportement social du poisson-zèbre augmente, les chercheurs cherchent également des moyens de limiter le nombre d'animaux nécessaires aux études.
Mais les poissons zèbres ne se laissent pas facilement duper par les stratagèmes des chercheurs, selon une étude non publiée présentée sous forme de poster mercredi. Dans une version d'une procédure appelée test de nage libre à choix ouvert, un poisson zèbre placé dans un réservoir passe plus de temps à l'extrémité la plus proche d'un poisson dans un réservoir adjacent qu'à l'autre extrémité, qui comporte un miroir.
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"De manière écrasante, nos poissons ont préféré le congénère vivant au miroir", explique Drew Velkey, directeur du programme de neurosciences à l'université Christopher Newport de Newport News, en Virginie, qui a présenté les travaux. "Ils préfèrent le stimulus de haute fidélité".
L'équipe de Velkey a précédemment montré que les poissons zèbres préfèrent nager près d'un banc vivant d'autres poissons zèbres que près d'une vidéo d'un banc ou d'un modèle animatronique. Les femelles peuvent même faire la différence entre un banc établi de poissons qui nagent ensemble depuis sept jours et un banc nouvellement formé, et préfèrent nager près du premier.
Ces nouveaux résultats renforcent l'idée que "ces animaux sont capables d'établir des distinctions sociales très fines", déclare Velkey. Il pense que cette capacité pourrait rendre le poisson zèbre utile pour évaluer les altérations génétiques liées à l'autisme et associées à des différences comportementales subtiles.
Un test similaire de nage libre montre que les poissons dépourvus du gène GRIN2B lié à l'autisme présentent des déficits sociaux, selon un poster présenté lundi.
Lorsque des poissons âgés de trois semaines sont placés dans un long enclos avec une chambre contenant un autre poisson à une extrémité et une chambre vide à l'autre, les poissons GRIN2B ne montrent aucune préférence pour une extrémité ou l'autre. À cet âge, les poissons de type sauvage choisissent de passer la plupart de leur temps à l'extrémité la plus proche des autres poissons.
"Nous n'avions jamais effectué de tests de comportement social avant d'avoir ces poissons", explique Josiah Zoodsma, un étudiant diplômé encadré par Lonnie Wollmuth et Howard Sirotkin à l'université Stony Brook de New York, qui a présenté les travaux.
Les chercheurs ont d'abord effectué des tests standard de locomotion, d'apprentissage et de réponses sensorielles avec les poissons GRIN2B "et n'ont rien vu. Ils étaient complètement sauvages", explique Zoodsma.
Les souris dépourvues de GRIN2B meurent peu après la naissance, aussi l'équipe a-t-elle été déconcertée de ne trouver aucune anomalie évidente dans le modèle de poisson-zèbre. Mais entre-temps, les études sur le comportement social du poisson-zèbre commençaient à être mieux connues.
"Tout cela nous a conduits à commencer à examiner le comportement social", explique Zoodsma.
GRIN2B code pour une partie du récepteur NMDA, qui est impliqué dans la transmission des signaux nerveux excitateurs. D'autres sous-unités du récepteur NMDA semblent être régulées à la hausse chez les poissons GRIN2B, ce qui les protège peut-être d'autres anomalies. "Mais même avec cette adaptation, cela ne règle pas le problème [du comportement social]", déclare Zoodsma.
Qui plus est, les poissons dépourvus d'autres sous-unités de récepteurs NMDA ne présentent pas de déficits sociaux. "Cela met vraiment en évidence la spécificité de l'action du 2B dans le développement", ajoute-t-il.
Ces résultats ont également été publiés dans Molecular Autism en septembre.
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Citer cet article : https://doi.org/10.53053/UZEN7612