E7 Perception physique et navigation

Topique

La perception physique chez les mammifères englobe l'ensemble des mécanismes sensoriels qui convertissent les grandeurs physiques de l'environnement (position, force, pression, champ magnétique, son) en signaux neuronaux permettant à l'animal de se construire une représentation spatiale du monde et de coordonner ses mouvements.

Parmi ces mécanismes sensoriels, la proprioception et la kinesthésie sont les sens qui renseignent sur l'état mécanique du corps : les fuseaux neuromusculaires mesurent la longueur des muscles et sa vitesse de variation ; les organes tendineux de Golgi mesurent la force que supporte le tendon ; et les récepteurs articulaires mesurent l'angle articulaire et l'accélération angulaire. Dans les trois cas, la fréquence à laquelle ces récepteurs génèrent des potentiels d'action est directement proportionnelle à l'amplitude du stimulus mécanique qu'ils mesurent.

Le son, l'un des stimuli physiques mentionnés en introduction, atteint l'un des systèmes de perception physique les plus sophistiqués du règne animal avec l'écholocation des chauves-souris et des cétacés : l'animal émet une impulsion sonore ultrasonore, bien au-delà du seuil d'audibilité humaine — de plusieurs dizaines de milliers à un peu plus de cent mille vibrations par seconde chez les chauves-souris, et de vingt mille à cent cinquante mille vibrations par seconde chez les dauphins — puis analyse l'écho produit par la réflexion de cette impulsion sur les objets environnants. La distance à la cible est déterminée par le temps de retour de l'écho ; la vitesse relative de la cible, par le décalage de fréquence de l'écho par rapport à la fréquence émise ; et la forme de la cible, par la variation d'intensité de l'écho selon les différentes fréquences qui le composent. Grâce à ce système, certains animaux atteignent une résolution spatiale de l'ordre du centimètre et sont capables de distinguer des cibles de quelques millimètres seulement.

Le champ magnétique, un autre stimulus physique mentionné au début, est détecté par plusieurs groupes de mammifères — dont les cétacés, les chauves-souris et peut-être les humains — pour s'orienter lors de migrations de longue distance. Deux mécanismes ont été proposés pour expliquer cette magnétoréception : le premier fait intervenir des cristaux de magnétite, un minéral magnétique naturel présent dans certains tissus, qui exercent des forces mécaniques sur les membranes cellulaires lorsqu'ils se réorientent en fonction du champ magnétique ; le second fait intervenir des radicaux libres dont la chimie est sensible au champ magnétique par des mécanismes quantiques qui modifient la probabilité de certaines réactions chimiques.

Toutes les informations fournies par ces mécanismes sensoriels — la proprioception et la kinesthésie corporelles, les sons analysés par écholocation, le champ magnétique détecté par magnétoréception, ainsi que la vision et l'odorat — sont finalement intégrées par le système nerveux pour produire une estimation unique de la position, de la vitesse et de l'orientation. C'est cette intégration sensorielle multimodale qui permet une navigation précise et qui, en pratique, complète la représentation spatiale du monde par laquelle cette description de la perception physique chez les mammifères a débuté.

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