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Alors que les limaces de mer peuvent peser jusqu’à 1 kilogramme et se nourrissent d’algues, des chercheurs de l’Université de Case Western Reserve et du monde entier cartographient leurs cerveaux et répertorient leurs mouvements musculaires. L’objectif: mieux comprendre l’interaction cerveau-muscle dans le corps humain.

Limaces de mer pour comprendre l’interaction cerveau-muscle

Forts de cette connaissance, les scientifiques pensent pouvoir développer des prothèses plus réactives et des robots encore plus adaptables, a déclaré Hillel Chiel, professeur de biologie, neurosciences et génie biomédical à Case Western Reserve. Les chercheurs, dirigés par Chiel, bénéficient d’une nouvelle subvention de 500 000 dollars de la National Science Foundation.

Les chercheurs étudient la limace de mer primitive et sans forme (Aplysia californica), car elle ne compte que 20 000 neurones environ, et seulement quelques centaines contrôlent son organe semblable à une langue, appelé «preneur». Les humains, en revanche, ont des milliards de neurones actifs dans leur cerveau, ce qui rend très difficile de discerner quelle activité neurale est directement liée à des mouvements musculaires spécifiques, explique Chiel.

Mais les scientifiques peuvent identifier avec précision les changements dans le système nerveux des limaces de mer qui se produisent lorsque l’animal tente de se nourrir de quelque chose d’anormalement coriace ou inhabituellement doux et large, car ils lisent quels neurones sont associés à des mouvements spécifiques de la pince des algues.

«L’objectif est donc de déterminer les circuits dans cet organisme beaucoup plus simple, afin de voir ce qui se passe simultanément avec les neurones et la musculature», explique Chiel. « Nous ne savons pas vraiment comment nous, les humains, faisons ce que nous faisons moment après moment, car nous changeons rapidement notre comportement lorsque le monde qui nous entoure change. »

Par exemple: vous vous promenez dans la rue et que vous vous retrouvez soudainement un pied sur du verglas ou un trou dans le trottoir; sans y penser, vous vous attrapez rapidement après une chute, vous ajustez votre foulée et continuez à marcher.

«Comment cela se produit-il ?» se demanda Chiel. «C’est en fait une question scientifique fondamentale au sujet du comportement et des capacités que nous prenons pour acquis – une de ces choses que vous ne réalisez pas à quel point c’est incroyable tant que vous ne la perdez pas ou si vous essayez de programmer ce genre de capacité dans un robot. »

Applications futures pour des robots et des prothèses

Pour cette raison, Chiel a déclaré que les recherches en cours pourraient être particulièrement utile pour concevoir des robots flexibles et inspirés biologiquement, similaires à ceux développés par Roger Quinn et Kati Daltorio du Département de génie mécanique et aérospatial de la Case School of Engineering avec laquelle Chiel a travaillé depuis de nombreuses années.

De nouvelles méthodes de contrôle du système nerveux pourraient également découler de cette recherche, a déclaré Chiel. Il travaille avec Cynthia Chestek, professeure agrégée à l’Université du Michigan, qui a développé une nouvelle technologie pour sonder les neurones. Chestek et son équipe utilisent des fibres de carbone plus minces que les cheveux humains pour créer des dispositifs qui ressemblent à des peignes miniatures pouvant être enfoncés dans des cellules nerveuses.

Les appareils détectent ce que les cellules nerveuses se «disent» – leur activité électrique – puis contribuent à la conversation en les allumant ou en les éteignant. À l’avenir, de tels dispositifs pourraient être utilisés pour créer de nouveaux moyens de contrôler les bras prothétiques ou aider à rétablir les fonctions de certains membres après un AVC, a déclaré Chiel.

Créer des systèmes neuronaux artificiels plus flexibles

Travailler sur les détails de ces circuits pourrait également fournir des plans pour le contrôle de pinces beaucoup plus flexibles qui pourraient manipuler des matériaux mous, irréguliers, humides et glissants, tout comme les limaces peuvent se nourrir d’algues, qui se présentent sous différentes formes et tailles.

Enfin, la compréhension des systèmes nerveux biologiques pourra fournir de nouvelles idées pour créer des systèmes nerveux artificiels encore plus rapides et plus flexibles que les réseaux neuronaux artificiels actuels.

Source : Case Western Reserve University