Leurs corps bizarres, leur forme blobby et leur intelligence unique classent les pieuvres parmi les créatures les plus aimées. Le documentaire de 2020 “My Octopus Teacher” a été plébiscité pour son histoire poignante illustrant la relation affectueuse d’un cinéaste avec une pieuvre. Une partie du charme de la pieuvre réside dans ses contradictions : elles ont une apparence étonnamment extraterrestre, mais expriment tant de curiosité et de prouesses en matière de résolution de problèmes – des traits humains s’il y en a jamais eu. Les humains voient quelque chose de familier mais déformé dans l’intelligence des céphalopodes, comme un miroir amusant de la conscience de soi.
Ces tentacules emblématiques et flexibles regorgent également de neurones, permettant aux appendices de la pieuvre de se comporter comme s’ils avaient leur propre esprit. Mais leurs cerveaux sont particulièrement étranges car ils ne sont pas organisés de la même manière que les cerveaux des primates. Beaucoup de gens pensent que leurs neurosciences complexes, qui ont évolué si différemment des nôtres, sont les humains les plus proches de la rencontre avec un extraterrestre intelligent.
Il n’est pas facile d’installer un implant d’électrode sur quelque chose qui n’a pas de crâne où les fils électriques peuvent être ancrés.
Par conséquent, le cerveau de la pieuvre fait l’objet d’études de la part de neuroscientifiques animaliers – et l’une des principales façons dont nous avons découvert le cerveau de la pieuvre est par le biais d’études sur les lésions. C’est à ce moment que les scientifiques causent intentionnellement des lésions cérébrales à la créature, détruisant précisément des grappes de neurones, pour voir ce qui cesse de fonctionner. En fait, la chirurgie cérébrale ablative est en grande partie la façon dont les premiers neuroscientifiques ont pris leurs repères lors de la première cartographie du cerveau; cela impliquait d’exciser sélectivement certaines sections de cerveaux d’animaux et d’observer quels membres ou parties du corps avaient cessé de fonctionner.
Mais les cerveaux sont extrêmement complexes, et cette façon brutale de briser les connexions neuronales simplifie à l’extrême le fonctionnement du cerveau. Heureusement, nous avons aujourd’hui de meilleures façons de comprendre comment se produit la cognition – en particulier, la machine IRMf. Abréviation d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, ces machines permettent aux scientifiques de voir en temps réel et en trois dimensions, comment les neurones se déclenchent lorsque l’on pense ou que l’on bouge son corps. Ce sont des outils extrêmement puissants pour faire progresser ce que les humains savent de la cognition, tant chez les animaux que chez les humains. En effet, les animaux domestiques comme les chiens peuvent être entraînés à rester immobiles dans la machine IRMf bruyante assez longtemps pour que les scientifiques puissent observer leur activité cérébrale en réponse à certaines stimulations.
Mais lorsqu’il s’agit d’animaux sauvages, comme les pieuvres, étudier leur cerveau en temps réel est un défi. Il serait préférable que nous puissions enregistrer l’activité cérébrale des pieuvres en mesurant les signaux électriques tout en documentant un comportement associé, comme lorsque nous mettons des personnes ou des chiens dans des appareils d’IRMf. Mais c’est plus facile à dire qu’à faire quand on joue avec le cerveau de mollusques visqueux et astucieux comme les pieuvres. (Oui, bien qu’elles soient liées aux calmars et aux seiches, les pieuvres ont aussi beaucoup en commun avec les escargots et les palourdes.)
Maintenant, pour la première fois, des chercheurs ont trouvé un moyen d’enregistrer l’activité cérébrale de pieuvres en mouvement libre grâce au travail d’une équipe internationale d’Allemagne, d’Italie, du Japon, de Suisse et d’Ukraine. Leur étude, récemment publiée dans la revue Current Biology, documente une nouvelle façon d’enregistrer l’activité cérébrale des pieuvres jusqu’à 12 heures. Mais bien que cette expérience ait été révolutionnaire, la signification exacte de ces signaux n’est pas encore claire.
“Si nous voulons comprendre le fonctionnement du cerveau, les pieuvres sont l’animal idéal à étudier en comparaison avec les mammifères. Elles ont un gros cerveau, un corps étonnamment unique et des capacités cognitives avancées qui se sont développées complètement différemment de celles des vertébrés”. Le Dr Tamar Gutnick, auteur principal de l’étude et ancienne chercheuse postdoctorale à l’unité de physique et de biologie de l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa, a déclaré dans un communiqué.
Certaines des ondes cérébrales ressemblaient à la taille et à la forme de l’activité cérébrale des mammifères, mais d’autres impulsions provenant des neurones des pieuvres étaient complètement bizarres.
Pour cette expérience, les chercheurs ont choisi trois grosses pieuvres bleues (opieuvre cyanée), qui apparaissent souvent d’un brun tacheté, mais ont un camouflage exceptionnel avec le potentiel de modifier rapidement leur couleur et leur texture de peau. Ces céphalopodes tropicaux sont parfois appelés “poulpes diurnes” car ils chassent lorsque le soleil est au rendez-vous. Remarquablement, les pieuvres sont daltoniennes. Alors, comment savent-ils se transformer en une teinte magenta bleuâtre ou se transformer en un morceau d’éclat de corail ? Ils peuvent détecter les différentes directions de vibration des ondes lumineuses, une propriété connue sous le nom de polarisation. Même leur perception de base est radicalement différente de la nôtre.
L’imagerie de leur activité cérébrale n’était pas une tâche simple. Sans crâne, le cerveau des pieuvres est enveloppé dans une fine capsule de cartilage. Il n’est pas facile d’installer un implant d’électrode sur quelque chose qui n’a pas de crâne où les fils électriques peuvent être ancrés. Les pieuvres (le pluriel correct, pas les pieuvres) sont des invertébrés désossés capables de se faufiler dans les crevasses les plus fines, ce qui leur a valu la réputation d’être des artistes d’évasion exceptionnels.
Pour compliquer les choses, vous ne pouvez pas attacher longtemps quelque chose au corps d’une pieuvre car elle l’arrachera facilement avec l’un de ses huit bras. Ainsi, l’enregistrement de l’activité électrique des pieuvres n’a jusqu’à présent pas été possible.
Mais les chercheurs ont trouvé une solution de contournement intrigante pour implanter un enregistreur de données (conçu à l’origine pour suivre le vol des oiseaux) et des électrodes pour mesurer l’activité cérébrale. Tout d’abord, les chercheurs ont fait une petite incision entre ses yeux, puis ont inséré les appareils collés sur une carte en plastique avec de la super colle. Ils ont été implantés dans les lobes cérébraux de la pieuvre, en particulier le lobe vertical et le lobe frontal supérieur médian. On pense que cette zone est responsable de la naissance de nouvelles cellules cérébrales, ainsi que de jouer un rôle dans la mémoire et l’apprentissage.
Ensuite, les pieuvres ont été remises dans leurs réservoirs et autorisées à récupérer pendant le tournage. Ils sont vite revenus à eux, se comportant normalement, dormant, se toilettant ou explorant leurs aquariums. Certains ont vérifié leurs incisions avec leurs bras, mais ils n’ont pas tenté de retirer l’enregistreur ou les électrodes.
Gutnick et ses collègues ont pu capter des signaux clairs d’activité cérébrale, mais déchiffrer ces schémas est une autre histoire. Certaines des ondes cérébrales ressemblaient à la taille et à la forme de l’activité cérébrale des mammifères, mais d’autres impulsions provenant des neurones des pieuvres étaient complètement bizarres. Il s’agissait d’oscillations lentes et de longue durée avec de grandes amplitudes, ce qui indique une activité électrique relativement forte. Ceux-ci n’ont pas été signalés auparavant.
Malheureusement, les chercheurs n’ont pas été en mesure de trouver une forte corrélation entre cette activité et le comportement des pieuvres. Même lorsque les pieuvres se déplaçaient, elles ne pouvaient trouver aucun changement évident de signal, malgré des changements drastiques de mouvement ou en restant immobiles. Il reste encore beaucoup de mystères à démêler, mais cette preuve de concept pourrait être appliquée à de nombreuses autres pieuvres, y compris d’autres espèces, pour en savoir plus. Nous pourrions bientôt en apprendre beaucoup plus sur la façon dont les pieuvres socialisent, apprennent et bougent leurs bras.
Si les chercheurs avaient intégré des tâches plus spécifiques à ces pieuvres, plutôt que de les laisser faire leur propre truc, il serait peut-être plus facile de démêler les relations entre l’activité cérébrale et le comportement. Gutnick a souligné : “Nous devons vraiment faire des tâches de mémoire répétitives avec les pieuvres. C’est quelque chose que nous espérons faire très bientôt !”
Les pieuvres sont des créatures tellement bizarres et uniques qui peuvent nous en apprendre beaucoup sur notre propre cognition et évolution. L’application des leçons de la neuroscience des céphalopodes pourrait ouvrir la voie à l’amélioration de la recherche médicale, en particulier dans le domaine de l’intelligence artificielle et de la neuroplasticité, ou de la capacité du cerveau à se réorganiser, à guérir et à renforcer les connexions. Mais il est clair que nous en sommes encore à gratter la surface lorsqu’il s’agit de comprendre ce qui se passe à l’intérieur d’un cerveau de pieuvre.
