Des neuroscientifiques de l'Université Goethe de Francfort ont découvert une boucle de rétroaction qui module la réceptivité du cortex auditif aux signaux acoustiques entrants lorsque les chauves-souris émettent des appels d'écholocation. Dans une étude publiée dans la revue Nature Communications , les chercheurs montrent que le transfert d'informations dans les circuits neuronaux impliquait un changement de direction au cours de la production d'appels. Il semble probable que cette rétroaction prépare le cortex auditif aux échos attendus des appels émis. Les chercheurs interprètent leurs découvertes comme indiquant que l'importance des boucles de rétroaction dans le cerveau est actuellement encore sous-estimée.

Les chauves-souris sont réputées pour leur système de navigation par ultrasons :elles utilisent leur ouïe extrêmement sensible pour s'orienter en émettant des sons ultrasonores et en utilisant les échos qui en résultent pour se faire une image de leur environnement. Par exemple, la chauve-souris à queue courte de Seba (Carollia perspicillata) trouve les fruits qui sont sa nourriture préférée grâce à ce système d'écholocation. Dans le même temps, les chauves-souris utilisent également leurs vocalisations pour communiquer avec d'autres chauves-souris. Ils utilisent une gamme de fréquences légèrement inférieure à cette fin.

Le neuroscientifique Julio C. Hechavarría de l'Institut de biologie cellulaire et de neurosciences de l'Université Goethe et son équipe étudient les activités cérébrales associées aux vocalisations chez la chauve-souris à queue courte de Seba. Leur étude la plus récente examine comment le cortex auditif et le lobe frontal fonctionnent ensemble en écholocation. Le cortex auditif traite les informations auditives et le lobe frontal est une région du cerveau antérieur qui est associée, chez l'homme, à des tâches qui incluent la planification d'actions. Pour en savoir plus à ce sujet, les chercheurs ont inséré de minuscules électrodes dans le cerveau des chauves-souris pour enregistrer l'activité neuronale dans le lobe frontal et le cortex auditif.

Les chercheurs ont réussi à identifier une boucle de rétroaction jusque-là totalement inconnue dans le réseau lobe frontal-cortex auditif des chauves-souris émettant des cris d'écholocation. Les informations circulent normalement du lobe frontal, où la production d'appels est planifiée, vers le cortex auditif pour le préparer à attendre un signal acoustique. Mais il a été observé que le flux d'informations du lobe frontal vers le cortex auditif diminuait après l'émission d'une impulsion d'écholocation jusqu'à ce que la direction du transfert d'informations change complètement et que les informations remontent du cortex auditif vers le lobe frontal. Hechavarría émet l'hypothèse que cette boucle de rétroaction prépare le cortex auditif à mieux recevoir les sons réfléchis par l'appel d'écholocation.

Les neurobiologistes ont simulé des signaux provenant du cortex auditif en stimulant électriquement le lobe frontal. L'activité ainsi générée dans le lobe frontal a eu pour effet attendu d'inciter le cortex auditif à répondre plus fortement aux réflexions acoustiques. "Cela montre que la boucle de rétroaction que nous avons trouvée est fonctionnelle", résume le neurobiologiste Hechavarría. Il reprend la métaphore d'une autoroute pour illustrer l'importance de ces découvertes :« Jusqu'à présent, on croyait généralement que le flux de données sur cette autoroute de l'information s'effectuait principalement dans un seul sens et que les boucles de rétroaction étaient des exceptions. Nos données montrent que ce point de vue est très probablement incorrect et que les boucles de rétroaction dans le cerveau sont probablement considérablement plus importantes qu'on ne l'avait supposé auparavant."

Étonnamment, aucune inversion prononcée du flux d'informations n'a été observée pour les vocalisations de chauve-souris utilisées à des fins de communication. "C'est peut-être parce que les chauves-souris étaient seules dans une chambre insonorisée et isolée électriquement et ne s'attendaient donc pas à une réponse à leurs appels", spécule Hechavarría avant de poursuivre en notant :"L'un des aspects qui rend notre étude si intéressante est qu'il ouvre de nouvelles façons d'étudier les interactions sociales des chauves-souris. Nous voulons continuer à travailler dans ce domaine à l'avenir.