Des chercheurs révèlent des neurones chargés de guider le comportement adaptatif

Les humains, comme les autres animaux, ont la capacité de s'adapter constamment à de nouvelles situations. Des chercheurs de l'Institut de recherche sur le cerveau de l'Université de Zurich ont utilisé un modèle de souris pour révéler les neurones du cerveau qui contrôlent le comportement adaptatif. Leur nouvelle étude contribue à notre compréhension des processus de prise de décision chez les personnes en bonne santé et infirmes.

Salutations sans poignée de main, masques obligatoires dans les trains, éternuements dans les coudes – la pandémie COVID-19 illustre de manière spectaculaire à quel point il peut être important pour les humains de se débarrasser de leurs comportements habituels et d'en apprendre de nouveaux. Les animaux doivent également être capables de s'adapter rapidement aux changements des conditions environnementales.

«La plasticité du cerveau est à la base de cette capacité», déclare Fritjof Helmchen, codirecteur du Brain Research Institute de l'Université de Zurich, qui dirige également le Neuroscience Center Zurich. « Mais les processus biologiques qui permettent cet exploit étonnant sont encore mal compris. » L'équipe Helmchen a maintenant franchi avec succès un premier pas vers la mise en lumière de ces processus.

Leur étude, récemment publiée dans la revue scientifique La nature, démontre que le cortex orbitofrontal, une région du cortex cérébral qui se trouve derrière les yeux, est capable de reprogrammer les neurones situés dans les zones sensorielles.

Observer les cellules cérébrales en train de réapprendre

Dans leurs expériences avec des souris, les chercheurs ont simulé un processus de réapprentissage dans des conditions contrôlées et ont étudié ce qui se passe dans le cerveau au niveau des neurones individuels au cours de ce processus. Les chercheurs ont d'abord entraîné les animaux à lécher chaque fois qu'ils touchaient une bande de papier de verre à gros grains avec leurs moustaches et récompensé la réponse avec un verre d'eau de saccharose.

Cependant, les souris n'étaient pas autorisées à se lécher lorsqu'elles brossaient leurs moustaches contre du papier de verre à grain fin; s'ils le faisaient, ils étaient punis d'un léger bruit irritant. Une fois que les souris ont compris comment effectuer leur tâche, les tables ont ensuite été retournées. La récompense était maintenant remise après avoir fouetté contre du papier de verre à grain fin et non à gros grain. Les souris ont rapidement appris ce nouveau modèle de comportement opposé après peu de pratique.

Une autorité supérieure remappe les cellules

Au cours de la formation, les neuroscientifiques ont utilisé des techniques de biologie moléculaire et d'imagerie pour analyser la fonction de neurones individuels dans les cortex cérébraux impliqués. Leur analyse a révélé qu'un groupe de cellules cérébrales dans le cortex orbitofrontal est particulièrement actif pendant le processus de réapprentissage. Ces cellules ont de longs axones qui s'étendent dans la zone sensorielle chez la souris qui traite les stimuli tactiles.

Les cellules de cette zone ont initialement suivi l'ancien schéma d'activité, mais certaines d'entre elles se sont ensuite adaptées à la nouvelle situation. Lorsque des neurones spécifiques du cortex orbitofrontal étaient délibérément inactivés, le réapprentissage était altéré et les neurones de la zone sensorielle ne présentaient plus de modification de leur activité.

Nous avons ainsi pu démontrer qu'il existe une connexion directe du cortex orbitofrontal aux zones sensorielles du cerveau et que certains neurones y sont remappés. La plasticité de ces cellules et les instructions qu'elles reçoivent du cortex orbitofrontal d'ordre supérieur semblent être cruciales pour la flexibilité comportementale et notre capacité à nous adapter à de nouvelles situations. « 

Fritjof Helmchen, co-directeur, Institut de recherche sur le cerveau, Université de Zurich

«On sait depuis longtemps que le cortex orbitofrontal est impliqué dans les processus décisionnels». Il est chargé, dans une certaine mesure, de nous permettre de réagir de manière appropriée et avec succès aux circonstances exogènes. «Mais les circuits neuronaux sous-jacents à cette fonction étaient inconnus jusqu'à présent», déclare Abhishek Banerjee, auteur principal de l'étude, maintenant professeur associé à l'Université de Newcastle, au Royaume-Uni. « Ce mode de communication et de contrôle dans des zones éloignées du cerveau est vraiment remarquable. »

Mieux comprendre les troubles

Les chercheurs pensent que les processus fondamentaux qu'ils ont observés chez la souris se déroulent de la même manière dans le cerveau humain. «Cette connaissance approfondie des processus cérébraux complexes impliqués dans la prise de décision est importante», explique Helmchen. «Les résultats de nos recherches peuvent contribuer à une meilleure compréhension des troubles cérébraux dans lesquels la flexibilité dans la prise de décision est altérée, comme c'est le cas, par exemple, dans diverses formes d'autisme et de schizophrénie. De toute évidence, dit-il, avoir des difficultés ou être incapable d'adapter son comportement pose un problème grave pour les personnes touchées.

La source:

Référence du journal:

Banerjee, A., et coll. (2020) Remappage guidé par la valeur du cortex sensoriel par le cortex orbitofrontal latéral. La nature. doi.org/10.1038/s41586-020-2704-z.

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