Bien que la mécanique de vol des colibris ait été bien étudiée, on en sait beaucoup moins sur la façon dont leur sens du toucher aide ces petits oiseaux énergiques à siroter le nectar d'une fleur sans se cogner dessus. La plupart de ce que les scientifiques savent sur la façon dont le toucher est traité dans le cerveau provient d'études sur les mammifères, mais les cerveaux des oiseaux sont très différents de ceux des mammifères.

Recherche menée par l'UCLA publiée dans Current Biology montre que les colibris créent une carte 3D de leur corps lorsque les neurones situés à deux endroits spécifiques du cerveau antérieur se déclenchent, lorsque des rafales d'air touchent les plumes sur le bord d'attaque de leurs ailes et la peau de leurs pattes.

Les récepteurs sur leur bec, leur visage et leur tête travaillent également dans ce sens. L'intensité de la pression atmosphérique, influencée par des facteurs tels que la proximité d'un objet, est captée par les cellules nerveuses à la base des plumes et dans la peau des pattes et transmise au cerveau, qui mesure l'orientation du corps par rapport à un objet.

Les diamants mandarins, également étudiés par les chercheurs, ont la même organisation générale avec une sensibilité légèrement inférieure dans certaines zones que les colibris, ce qui suggère que ces zones contribuent à la dynamique de vol hautement spécialisée des colibris. Ces travaux enrichissent les connaissances sur la façon dont les animaux perçoivent et naviguent dans leur monde et peuvent aider à identifier des moyens de les traiter de manière plus humaine.

Les humains produisent une carte tactile du corps qui progresse depuis les orteils au centre du cerveau jusqu'aux jambes, au dos et à une zone beaucoup plus grande qui représente le toucher du visage et des mains. Ces zones, utilisées pour le toucher et les tâches tactiles, sont agrandies dans le cerveau humain.

"Chez les mammifères, nous savons que le toucher est traité sur la surface externe du cerveau antérieur dans le cortex", a déclaré Duncan Leitch, auteur correspondant et professeur de biologie intégrative à l'UCLA.

"Mais les oiseaux ont un cerveau sans structure de cortex en couches, la question de savoir comment le toucher est représenté dans leur cerveau était donc une grande question ouverte. Nous avons montré exactement où différents types de toucher activent des neurones spécifiques dans ces régions et comment le toucher est organisé dans leur cerveau antérieur. ."

Des études antérieures dans lesquelles des oiseaux avaient reçu une injection de colorant ont montré que leur cerveau avait une région dans le cerveau antérieur pour traiter le toucher du visage et de la tête, et une autre pour le toucher n'importe où ailleurs sur le corps. Chez les hiboux, par exemple, les centres tactiles qui correspondent généralement au toucher du visage sont consacrés uniquement aux serres. Mais comme les colibris mènent des vies très différentes de celles des hiboux, il semblait peu probable que cela soit vrai pour eux.

Leitch et ses co-auteurs du Royal Veterinary College et de l'Université de la Colombie-Britannique ont pu observer les neurones se déclencher en temps réel en plaçant des électrodes sur des colibris et des pinsons et en les touchant doucement avec des cotons-tiges ou des bouffées d'air. Un ordinateur a amplifié les signaux des électrodes et les a convertis en son pour une analyse plus facile.

Les expériences ont confirmé que le toucher de la tête et du corps est cartographié dans différentes régions du cerveau antérieur et ont montré pour la première fois que la pression atmosphérique active des groupes spécifiques de neurones dans ces régions. L'examen des ailes a montré un réseau de cellules nerveuses qui envoyaient probablement un signal au cerveau lorsqu'elles étaient activées par des bouffées d'air sur les plumes.

Les chercheurs ont découvert des amas de cellules cérébrales particulièrement importantes qui réagissaient à la stimulation des bords des ailes, ce qui, selon eux, aidait les oiseaux à ajuster leur vol de manière nuancée. Ils ont également découvert que les pieds sont extrêmement sensibles au toucher et que ce toucher est largement représenté dans le cerveau, probablement pour aider à se percher.

Les chercheurs pensent que ces zones pourraient être encore plus grandes chez les perroquets et autres oiseaux qui utilisent leurs pattes pour saisir et déplacer des objets.

Dans leur étude, les chercheurs ont identifié des champs récepteurs sur les oiseaux, dans lesquels un contact déclencherait le déclenchement d'un neurone. Chez les colibris, certains de ces champs, notamment sur le bec, la face et la tête, étaient très petits, ce qui signifie qu'ils pouvaient sentir le moindre contact. Les diamants mandarins avaient les mêmes champs réceptifs, mais plus grands, ce qui suggère que ces régions chez les pinsons ne sont pas aussi sensibles et probablement plus pertinentes pour les colibris qui dépendent d'un vol de précision constant et régulier.

"Les colibris réagissaient souvent aux moindres seuils que nous pouvions leur donner", a déclaré Leitch.

En savoir plus sur la manière dont divers animaux cartographient le toucher sur leur corps pourrait conduire à des progrès dans les technologies utilisant des capteurs pour se déplacer ou effectuer une tâche, comme les membres prothétiques ou les appareils autonomes. Mais les améliorations du bien-être animal sont peut-être un résultat plus immédiat de la recherche.

"Si nous pouvons comprendre comment les animaux perçoivent leur sens du toucher, nous pouvons développer des pratiques qui les dérangent moins", a déclaré Leitch.