Décharges électriques des Mormyres

Les poissons de la famille des Mormyridae, ou mormyres, appartiennent à près de 200 espèces différentes, dont la plus connue est le poisson-éléphant Gnathonemus petersii, connu pour son barbillon qui rappelle une trompe. Ils vivent tous dans les eaux très douces d'Afrique tropicale. Ces poissons possèdent à la base de la queue un organe électrique qui produit des décharges qui se présentent sous la forme d' impulsions  extrêmement brèves (moins d'une milliseconde, moins qu'un potentiel d'action nerveux) répétées avec un  rythme  variable sans interruptions de plus d'une seconde, sauf en cas de stress. Pour un poisson donné, la forme de l'impulsion de la décharge est constante sur la journée ou sur l'année, et présente des caractéristiques propres à son espèce, parfois à son âge ou à son sexe, en particulier pendant la saison de reproduction. Les décharges se suivent en séquences stochastiques, c'est-à-dire que l'intervalle de temps qui sépare une impulsion de la précédente varie de façon partiellement imprévisible. Nous mesurons en millisecondes cette durée de l'intervalle inter-impulsion, afin de caractériser ces rythmes et d'évaluer l'importance qu'ils peuvent avoir pour porter de l'information.

Figure 1 : Impulsion électrique du poisson éléphant, Gnathonemus petersii

Abscisse : Echelle des temps de la figure 1 (= 4000 fois l'échelle de la figure 2)
Ordonnée : amplitude, différence de potentiel - Polarité de référence : tête positive.

Enregistrée avec deux électrodes, la courbe monte lorsque l'électrode placée plus près de la tête devient plus positive que celle placée plus près de la queue. Le signal s'inverse si le poisson se retourne. La valeur absolue de l'amplitude, mesurée en volts, est difficile à connaître à la source. Il faut pour cela sortir les poissons de l'eau et poser les électrodes à son contact. Dans ces conditions, la décharge est souvent déformée. Ordre de grandeur : entre 5 et 20 volts. Lorsqu'on la capte avec des électrodes placées dans un aquarium, ou telle qu'elle est perçue par un autre poisson, son amplitude baisse en fonction inverse du cube de la distance. Ordre de grandeur : entre 1 et 200 millivolts.

Figure 2 : Chronogramme, et test de séquençage d'inégalités.

Chronogramme :
Abscisse : Echelle des temps de la figure 2 (= 1/4000 l'échelle de la figure 1). Les impulsions (en haut, en vert) se suivent dans le temps séparées par des intervalles qui forment un rythme, représenté par une suite de points.
Ordonnée : Durée de l'intervalle inter-impulsion

Ces points sont placés en reportant en ordonnée (échelle logarithmique), pour chaque impulsion, la durée de l'intervalle qui la sépare de la précédente. Si les intervalles sont courts (cadence rapide, fréquence élevée), les points se suivent de près et sont placés bas. A l'inverse, si les intervalles sont longs, les points sont écartés et placés haut.
Dans cette représentation, la mesure de l'amplitude, supposée constante à la source, n'intervient pas.

Test de séquençage d'inégalités
La durée de chaque intervalle est comparée à celle de l'intervalle précédent : supérieure (+) ou inférieure (-) ou égale (=). A une séquence d'intervalles (ex : 512ms, 520ms, 519ms, 95ms...) est ainsi associée une séquence de variations d'intervalles (+, -, -, ...) formant des combinaisons qui peuvent être quantifiées, par exemple les tétragrammes : (----) (---+), (--+-), (--++), etc. Selon les cas, telle ou telle combinaison peut apparaître statistiquement de façon plus abondante.