Kuffler, Hubel et Wiesel, Ce que voient les cellules du cerveau

Jean-Gaël Barbara (1)

1 CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique

En 1953, le neurophysiologiste, Horace Barlow, découvre que certains neurones de la rétine des grenouilles ont les propriétés idéales pour détecter des mouches. Ces cellules sont sensibles à de forts contrastes locaux et au mouvement. Un point obscur se déplaçant dans le champ visuel de la grenouille peut être ainsi détecté avec précision et déclenche un mouvement de prédation comme le ferait une mouche. Mais les mammifères ont-ils ce type de dispositif très efficace, sachant qu'un chien ne peut se contenter de s'alimenter en jouant à gober des mouches ? L'aventure scientifique qui permit de répondre à cette question commença en 1955, au Wilmer Institute de la Johns Hopkins Medical School dans le laboratoire de Steve Kuffler. Comme Barlow, Kuffler souhaitait utiliser des microélectrodes, mais sur un chat. Il n'était bien entendu pas question de retirer un oeil et de l'ouvrir pour y introduire une électrode, comme Barlow le pratiquait sur la grenouille. Kuffler souhaitait pouvoir atteindre avec sa microélectrode les cellues de la rétine sur un chat anesthésié. Or il avait observé, en Nouvelle Zélande, dans le laboratoire de John Eccles (voir Cerveau & Psycho n° 109), l'emploi de nouvelles microélectrodes en verre pour l'étude des neurones de la moelle épinière du chat. Kuffler va pouvoir mettre au point ces microélectrodes pour son expérience. Le dispositif expérimental est impressionnant. Sur un chat anesthésié, on introduit de biais par la cornée une fine aiguille de verre dont l'orifice est de l'ordre d'un demi-millième de millimètre. On enregistre le potentiel de la pointe. Dès que celle-ci touche un point de la rétine, on continue lentement le mouvement jusqu'à obtenir sur l'oscilloscope une activité qui se manifeste par des potentiels d'action spontanés. À ce stade, dès qu'une telle activité est obtenue, c'est que la pointe de l'électrode est en contact avec un neurone de la rétine. L'expérience peut commencer. De plus Kuffler a fait construire un nouvel ophtalmoscope par son collègue, S.A Talbot, qui lui permet d'illuminer une toute petite portion de rétine. Kuffler enregistre l'activité électrique des neurones de la rétine (les cellules ganglionnaires) dont les axones forment le faisceau du nerf optique, suite à des flashs lumineux envoyés à travers la cornée. Chaque cellule ganglionnaire correspondrait pour la rétine à ce que représente un pixel pour un capteur numérique. Mais dans la rétine, les signaux lumineux sont d'abord transformés en signaux électriques dans la couche des cellules ensorielles de la rétine, les cônes et les batonnets. On peut alors penser que chaque cellule sensorelle active une cellule ganglionnaire. Il n'en est rien. Dès la fin des années 1920, Edgar Adrian avait enregistré l'activité de fibres nerveuses du nerf optique d'un poisson. Il avait pu montrer qu'une fibre, l'axone d'une cellule ganglionnaire donnée, émet un signal électrique dans le nerf optique si l'on illumine un point quelconque d'une surface ronde d'à peu près un millimètre carré autour de la position sur la rétine de la cellule ganglionnaire. Or cette surface est supérieure à celle occupée par les dendrites de cette cellule. Adrian en déduisit qu'il se produit dans la rétine

Domaines: Histoire, Philosophie et Sociologie des sciences

Jean-Gaël Barbara. Kuffler, Hubel et Wiesel, Ce que voient les cellules du cerveau. Cerveau & psycho. L'essentiel, 2019. ⟨halshs-03091442⟩