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Rat Behavior and Biology : La perception du monde par les moustaches du rat

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La perception du monde par les moustaches d'un rat
(http://www.ratbehavior.org/RatWhiskers.htm)


Auteur original : Anne Hanson (10 Mai 2007)
Traduction : Cécile Voisin (26 avril 2011)
Correction : Charlotte Dumartin, Estelle Deyrieux et Laura De Paepe


Sommaire

Qu'est ce qu'une moustache ?

Une moustache est un long poil comme tous les autres sur le corps : une colonne des cellules mortes qui poussent à partir d'un follicule dans la peau. Tous les follicules sont approvisionnés par du sang, quelques terminaisons nerveuses et quelques minuscules muscles (responsable de la chair de poule chez les humains, appelée piloérection chez les animaux). Mais les similarités s'arrêtent là, car les moustaches sont bien plus sophistiquées que la fourrure.

Chaque moustache pousse d'un follicule qui est scellé par une capsule de sang appelée papille dermique. Lorsqu'une moustache est touchée elle plie et pousse le sang contre le côté opposé de la papille. Le sang liquide amplifie le mouvement, déclenchant les nerfs qui envoient un message au cerveau (pour en savoir plus, consultez la page Moustache de Kathleen Wong à l'Académie de Science de Californie). Le rat peut dire dans quelle direction et de quelle distance chaque moustache est bougée.

Les rats ont de longues moustaches qui poussent en rang de chaque côté de leur museau, de longues moustaches germent de leurs sourcils et joues, et de très petites autours de leur gueule.

Comment poussent les moustaches ?

Les ratons naissent avec des moustaches. De fines moustaches apparaissent sur l'embryon lorsqu'il a 12 jours (Yamakado et Yohro 1979), et les ratons nouveaux nés acquièrent la faculté de battre des moustaches d'avant en arrière 12 jours après leur naissance (Welker 1964).

Comme tous les poils, les moustaches poussent à partir d'un follicule dans la peau. Les follicules passent par des cycles répétés de croissance active et de repos. Au cours de ce cycle de croissance et de repos, le poil pousse, reste en place pour un moment, puis tombe et un nouveau poil pousse à sa place. Durant la grande partie de la phase de croissance, les moustaches grandissent d'environ 1 mm par jour (Ibrahim et Wright 1975). Si une moustache tombe, une nouvelle commence à pousser pour la remplacer en 8 à 11 jours après la chute (Ibrahim et Wright 1975).

Où les messages des moustaches vont-ils dans le cerveau ?

Le message électrique du follicule de moustache emprunte un chemin vers une région du cerveau appelée cortex à tonneaux. Le cortex à tonneaux du rat est responsable du traitement de tous les messages qui viennent des moustaches. Le cortex à tonneaux occupe une grande partie de la région somatosensorielle du cerveau du rat, la zone qui s'occupe du toucher. (En revanche, une grande partie du cortex somatosensoriel humain est consacré à nos régions sensibles comme les mains, le bout de nos doigts et nos lèvres).

Le cortex à tonneaux est ordonné comme une carte : chaque nerf de moustache va vers un point du cortex (appelé tonneau, à cause de sa forme), et la disposition spatiale du cortex à tonneaux reflète la disposition spatiale des moustaches (Woosley et Van der Loos 1970). Un diagramme montre la correspondance une à une entre les moustaches et les tonneaux (Carol Welker 1976), et une photo montre la disposition similaire des moustaches d'un rat et de son cortex à tonneaux.

La carte du cortex des moustaches est profilée par expérience lors du développement et continue à être modifiée à l'âge adulte. Si une moustache adulte est coupée, en quelques heures ou jours le cerveau ajustera : le tonneau correspondant dans le cortex va s'atrophier, et les tonneaux voisins vont grossir pour compenser (Karel Svoboda). Si des moustaches de rats sont taillées de manière à ce que certaines moustaches soient plus longues que d'autres, le cerveau du rat va s'ajuster après environ une semaine (Armstrong-James et al. 1994).

Si un follicule de moustache de raton est retiré, le tonneau correspondant ne grossira pas, mais les tonneaux voisins vont s'élargir pour compenser (Woosley et Van der Loos 1973). Un rat qui grandit sans moustache finit avec une connexion cérébrale anormale (Erchova et al. 2003), et en tant qu'adulte son cerveau n'a pas autant de plasticité (capacité à s'ajuster aux changements) qu'un rat qui grandit avec des moustaches normales (Rema et al. 2003). Un rat qui grandit sans moustache ne s'oriente pas (Symons et Tees 1990) ou ne fait pas la différence entre les textures des surfaces comme les rats normaux (Carvell et Simons 1996).

Que font les rats avec leurs moustaches ?

Les rats dépendent fortement de leurs moustaches pour avoir des informations sur le monde qui les entoure, plus qu'ils ne dépendent de leurs yeux. En utilisant ces minuscules muscles autour des follicules des moustaches, les rats balayent leurs moustaches d'avant en arrière constamment, environ sept fois par seconde (Semba et Egger 1986). Ce taux de mouvements des moustaches dépend de ce que fait le rat : les rats bougent leurs moustaches en balayant plus largement et plus lentement lorsqu'ils explorent (entre 4 et 6 balayages par seconde) et en balayant moins largement et plus rapidement lorsqu'ils sont tranquillement posés (entre 7 à 10 balayages par seconde) (Fanselow et Nicholelis 1999). Les rats peuvent même bouger leurs moustaches indépendamment, bougeant les moustaches d'un même côté de la tête dans des directions opposées lord d'un balayage (Hartmann et al. 2003). Ils peuvent bouger leurs moustaches asymétriquement, selon le type et la rapidité du mouvement de la tête, pour assurer une distance de balayage "vers l'avant" (Towal et Hartmann 2006). Ils peuvent aussi étendre leurs moustaches jusqu'à cinq centimètres devant leur museau.

Les rats balayent les surfaces et les objets de leurs moustaches, frôlant parfois le même objet plusieurs fois à différents endroits lorsqu'ils passent, ce qui leur permet de glaner une image en trois dimensions de leur environnement. Les moustaches sont extrêmement sensibles, encore plus que les extrémités des doigts humains. Des rats entraînés peuvent faire la distinction entre une surface lisse et une surface comportant des creux microscopiques de 30 microns de profondeur et séparés par 90 microns (Carvell et Simons1990), entre du papier de verre avec 200 grains/cm² ou 25 grains/cm² (Guic-Robles, Valdivieso, et Guajardo 1989).

Les moustaches des rats résonnent aussi à différentes fréquences, comme la ficelle d'une harpe. Des fréquences de sons faibles dans l'air et des textures à grain du sol font vibrer les longues moustaches alors que les hautes fréquences et les textures fines font vibrer les petites moustaches. Ces vibrations peuvent aider le rat à faire des distinctions précises entre les textures, et peut même leur permettre d'"entendre" les sons transmis par l'air (Andermann et al. 2004, Neimark et al. 2003, Hartman et al. 2003, Andermann et al. 2004). Pour en savoir plus, voir entendre avec les moustaches.

Les rats utilisent leurs moustaches pour naviguer dans leur monde, s'orienter, et s'équilibrer. Les moustaches aident le rat à trouver et différencier la nourriture, courtiser un camarade, déterminer s'il peut passer dans une ouverture ou non. À de courtes distances les rats se fient plus à leurs moustaches qu'à leur vision pour percevoir la profondeur (Schiffaman 1970). Les moustaches peuvent détecter le vent et les légères brises, ce qui aide le rat à s'orienter sous terre. Les moustaches sont utilisées pour nager, surtout dans les eaux turbulentes. Les moustaches aide le rat à sentir quand son museau est au dessus de la surface. Sans moustaches, le rat se noierait (Ahl 1986, Biay 1993, Bugbee 1972, Carvell 1990, Guic-Robles 1989, Gustafson 1977, Vincent 1912).

Les moustaches sont aussi utilisées socialement. Lors des museau-à-museau et des combats avec les autres rats, le rat défenseur essaye d'avoir un contact moustaches-à-moustaches avec le rat agresseur. Les moustaches interfèrent avec une attaque de la tête. Aussi longtemps qu'un contact moustache-à-moustache est maintenu, le rat dominant peut contourner les moustaches pour délivrer une morsure. Cependant, si les blocs de moustache d'un rat sont anesthésiés, ce rat boxe moins et se fige plus, et a plus de risques d'être mordu (Blanchard et al. 1977).

Un rat sans moustaches peut être plus handicapé qu'un rat aveugle !

Qu'en est-il des rats avec des moustaches frisées ?

Deux de mes rats (Cricket et Snip) ont une fourrure standard et des moustaches lisses, Widget est rex et a des moustaches frisées.

Pour vous donner une idée de la différence de moustache entre les rats standards et rex, les moustaches de Cricket sont longues et presque lisses. Elles sont disposées en un rameau ordonné s'étendant sur les côtés, sur l'avant, le bas et l'arrière de sa tête. Ses moustaches balayent constamment d'avant en arrière. L'envergure des moustaches de Cricket (distance entre la pointe la plus à gauche et celle la plus à droite) est de 13 cm de large. Sa plus longue moustache fait environ 5,9 cm. Cricket a plusieurs moustaches de sourcils qui se projettent à 4,5 cm au-dessus de sa tête, et quelques petites moustaches lisses autour de sa gueule qui font seulement quelques millimètres de long.

Widget, cependant, a des moustaches frisées, environ la moitié frisent en un cercle complet de manière à ce que les extrémités touchent sa tête. Les extrémités de la majorité des autres pointent vers le sol. Il a seulement quatre ou cinq moustaches qui pointent vers le haut. Son envergure de moustache est de seulement 6,9 cm, environ la moitié de l'envergure des moustaches de Cricket. Widget a seulement quelques moustaches de sourcils et elles sont tellement frisées qu'elles ne font aucune projection vers le haut. La majorité de ses moustaches de gueule sont aussi frisées.

Les moustaches de Widget font donc effectivement seulement la moitié de celles de Cricket. Il y a des zones autour de la tête de Widget, comme l'espace au dessous de son front, qui ne sont pas couvertes et sont donc des "points aveugles" tactiles pour lui.

Comment des moustaches frisées affectent-elles la capacité du rat à sentir le monde autour de lui ? De petites recherches ont été effectuées sur ce sujet, bien qu'étant une nouvelle mutation, les vibrisses frisées (cv[1]) pourraient ouvrir cette zone de recherche sensorielle (Fujii et al. 2003).

Nous savons, cependant, que les cerveaux sont largement capables de s'ajuster à toutes les entrées sensorielles disponibles. Par exemple, les rats qui grandissent avec des moustaches rétrécies ont le même agencement somatosensoriel que les rats à moustaches normales, bien qu'avec plusieurs différences subtiles : le cerveau se révèle très résistant aux entrées sensorielles anormales (Erchova et al. 2003). De plus, si les moustaches d'un rat sont gardées à longueur inégale en les taillant, le champ réceptif du cerveau du rat s'ajuste en environ une semaine, de manière à ce que le cerveau soit plus attentif (c'est à dire qu'il accorde plus d'attention à ses champs réceptifs) aux longues moustaches qu'aux courtes (Armstrong-James, 1994).

Ainsi, les cerveaux de rats à moustaches frisées sont probablement largement similaires aux cerveaux des rats normaux, et sont probablement ajustés pour extraire le plus d'informations des messages envoyés par leurs moustaches frisées, désordonnées. Les rats avec des moustaches frisées s'en sortent bien avec ce qu'ils ont.

Cependant, rien ne peut remplacer une absence de moustaches, et aucune ré-organisation cérébrale ne donnera à Widget la capacité de sentir l'espace au dessus de sa tête, ou l'espace au delà de 3 centimètres de chaque côté de sa tête, là où ses moustaches ne vont pas. Le monde tactile des rats à moustaches frisées est donc plus limité que celui d'un rat normal.

Que se passe-t-il si un rat perd une moustache ?

Si un rat perd une moustache, son cerveau va s'adapter à la nouvelle configuration en quelques heures ou jours : l'espace alloué dans le cerveau à cette moustache (le tonneau) va rétrécir et les tonneaux avoisinants vont s'élargir pour compenser (Karel Svoboda). Ce n'est pas un état permanent, cependant : une nouvelle moustache va grandir pour prendre la place de celle perdue, et peut apparaitre entre 8 à 11 jours après la perte (Ibrahim and Wright 1975). Le cerveau du rat va se réajuster pour la nouvelle configuration.

Si les moustaches d'un rat sont raccourcies de sorte à ce que certaines soient plus courtes que d'autres, le cerveau du rat se réajustera après environ une semaine. Après 7 à 10 jours suivant la coupe, le cerveau du rat alloue plus d'espace aux zones correspondant aux longues moustaches, et moins d'espace aux courtes (Armstrong-James et al. 1994). Les courtes moustaches sont encore fonctionnelles, mais sont moins utiles que les longues. Ainsi, un rat avec des moustaches rétrécies peut être handicapé, mais cela reste temporaire. Ces courtes moustaches vont finalement être perdues, et de nouvelles vont grandir à leur place. Le cerveau du rat va se réajuster lorsque de nouvelles moustaches pousseront.




Notes de traduction

  1. pour curly vibrissae