Nos cerveaux sont remplis de nombreuses structures spécialisées qui traitent des informations visuelles, gèrent des souvenirs ou interprètent le langage. L’une des façons dont nous essayons de comprendre ce dont un cerveau est capable est de le comparer avec les cerveaux d’autres espèces – quelles structures sont présentes dans le cerveau et quels comportements ces cerveaux supportent.

Et si l’animal n’avait pas de cerveau ? Vraisemblablement, la plupart des comportements que nous avons examinés nécessitent au moins une sorte de système nerveux centralisé. Mais il y a beaucoup d’espèces, y compris les anémones, les coraux et les méduses, qui ont un réseau nerveux assez diffus et manquent de tout ce qui ressemble clairement à un cerveau. Mais apparemment, cela suffit pour effectuer un apprentissage associatif, le type le plus souvent (pardonnez-moi) associé à Ivan Pavlov.

Notre cnidaire apprend-il ?

L’apprentissage associatif est à peu près ce à quoi cela ressemble : grâce à la répétition, un animal apprend à associer un événement à quelque chose qui n’est autrement pas lié à cet événement. Dans le cas de Pavlov, il a entraîné des chiens à associer un son spécifique au fait d’être nourri. Une fois dressés, les chiens commençaient à saliver dès qu’ils entendaient le bruit, même s’il n’y avait pas de nourriture. Une vaste gamme d’animaux sont capables d’apprentissage associatif, et il est facile de voir comment cela peut fournir un avantage sélectif.

Mais faut-il un cerveau ? Animaux dans le phylum Cnidaires, qui comprend tout, de la minuscule hydre à l’énorme méduse, n’a pas de structure centralisée que nous pouvons reconnaître comme un cerveau. Au lieu de cela, ils ont un réseau diffus de neurones appelé réseau nerveux. De toute évidence, le réseau nerveux est capable de coordonner l’activité dans tout le corps, car nous pouvons regarder les méduses nager à travers des contractions rythmiques. Les cnidaires peuvent également réagir aux stimuli environnementaux; un certain nombre d’entre eux ont des structures analogues aux yeux. Ainsi, alors que le réseau nerveux n’a pas le type de structures spécialisées que l’on voit dans le cerveau, il est clairement capable d’exécuter certaines des fonctions que nous associons normalement à un cerveau.

(Les cnidaires ont également la particularité d’être à symétrie radiale, par opposition aux bilatéraux comme nous, qui ont des côtés distincts.)

Mais peut-il gérer l’apprentissage? Un groupe de chercheurs européens (Gaelle Botton-Amiota, Pedro Martinez et Simon Sprecher) s’est intéressé à la question et a découvert qu’elle était restée largement sans réponse. Il y avait quelques articles qui laissaient entendre que certains cnidaires pouvaient former des mémoires associatives stables, il n’y avait pas vraiment eu d’examen rigoureux de la question et personne n’avait suivi les travaux initiaux.

Choquer l’anémone

L’expérience qu’ils ont faite était remarquablement simple, ce qui a donné lieu à un document de recherche très compact et simple. Les chercheurs savaient que les anémones peuvent sentir la lumière (ils ont travaillé avec une espèce appelée Nematostella vectensis), bien qu’ils n’aient pas les yeux vus ailleurs chez les cnidaires. Ainsi, ils ont combiné l’exposition à la lumière avec une sensation désagréable, à savoir un choc électrique.

À lui seul, le choc amènerait les animaux à contracter leur corps et à rentrer leurs tentacules. L’exposition à la lumière amènerait environ 20% des animaux à réagir de la même manière. Mais, après une période d’entraînement d’une heure au cours de laquelle les animaux ont été jumelés à plusieurs reprises à la lumière et au choc, les choses ont radicalement changé. Le pourcentage d’animaux qui ont répondu à la lumière seule a chuté d’environ la moitié, à environ 10 %. Le choc seul a provoqué une fréquence similaire de réponses.

Pour obtenir une contraction constante, les chercheurs ont dû donner la lumière et le choc simultanément, ce qui a provoqué la contraction d’environ 70 % des animaux. (Ceci est inférieur à la « rétraction forte, rapide et réversible » observée au début de l’expérience, mais les animaux avaient reçu des chocs pendant plus d’une heure à ce stade, et un certain niveau d’acclimatation est attendu.) Séparer la lumière du choc d’une minute déclenchait des contractions, mais à une fréquence réduite (environ 30 % du temps).

Donc, ce n’est pas le genre de conditionnement observé avec les chiens de Pavlov, où l’animal apprend une association d’une manière qui lui permet de répondre à un signal sans rapport. Au lieu de cela, les animaux ont appris à interpréter les deux stimuli comme un seul déclencheur et ont donc commencé à avoir besoin des deux pour répondre.

Tout cela indique qu’il doit y avoir une certaine forme de coordination centrale au sein du réseau nerveux qui permet à l’animal d’intégrer les signaux environnementaux et de déclencher une réponse qui implique la majeure partie de l’organisme. De nombreux cnidaires ont des sections du réseau nerveux avec des concentrations plus élevées de neurones, mais celles-ci ne semblent pas avoir été associées à des fonctions spécifiques. Ainsi, il n’est pas clair si cette mémoire et cette coordination sont associées à une sorte de structure physique.

Il est possible d’interpréter ces résultats à la lumière de résultats récents montrant que des neurones désorganisés dans une boîte de culture pourraient « apprendre » à jouer Pong. Cela a été interprété comme une indication que les neurones développent nativement des attentes pour les entrées qu’ils recevront et ajustent leur comportement lorsque ces entrées ne correspondent pas. Ce comportement pourrait produire une mémoire associative sans nécessiter d’organisation centrale. Cela suggérerait également que le réseau nerveux devrait être capable de désapprendre facilement l’association si les deux déclencheurs cessent d’être liés, ce qui serait très facile à tester.

PNAS, 2023. DOI : 10.1073/pnas.2220685120 (À propos des DOI).