Bases neurales de l’apprentissage social chez le macaque (EU 1/4)

Ce projet est multisite et se déroulera dans 4 établissements utilisateurs. L’apprentissage social permet d’apprendre les conséquences d’un comportement sans expérience directe, mais par l’observation d’autrui. Des situations dangereuses peuvent être évitées et les bénéfices de comportements futurs maximisés. Mon projet de recherche vise à comprendre les circuits neuronaux sous-jacents à l’apprentissage social. Pour cela, il faut comprendre les règles qui le régissent, i.e. l’algorithme derrière ce comportement, et ses bases neurales, i.e. les régions cérébrales et les codes neuronaux permettant l’émergence de ce comportement. L’apprentissage social pourrait être soutenu par un renforcement vicariant, i.e. la valeur du comportement des autres serait mise à jour en fonction du résultat de ce comportement. La différence entre le résultat attendu et le résultat réel d’un comportement de choix permettrait le calcul d’une erreur de prédiction de la récompense observée et la mise à jour la valeur de chaque option comportementale. Cela nécessite deux composantes : représenter le comportement d’autrui et établir une association entre action-résultat de l’action. Les meilleurs candidats pour ces processus sont respectivement le mur médian du cortex préfrontal et le striatum antérieur. Alors que deux singes interagissent dans une tâche comportementale conçue pour étudier l’apprentissage social, je vais 1) enregistrer simultanément l’activité neuronale des structures préfrontales et striatales pour suivre la représentation dynamique des variables d’apprentissage social dans les boucles corticostriatales et 2) manipuler la dopamine, une molécule présente dans le cerveau et impliquée dans l’apprentissage individuel, et évaluer (ou non) son recrutement pendant l’apprentissage social. Ma prédiction est que les structures représentant la valeur des actions observées interagiront avec le circuit d’apprentissage individuel, sous l’influence de la dopamine, et permettront d’apprendre par observation.

Ce projet portera des bénéfices à différentes échelles. A court et moyen terme, il permettra l’élargissement des connaissances sur les réseaux cortico-striataux impliqués dans les comportements d’apprentissage individuel et social. Le jeu de données récolté sera d’une précision spatiale et temporelle inédite. Les aires corticales et sous-corticales sont généralement étudiées séparemment chez le primate alors que leur communication en boucles récurrentes semble être la clé de l’integration neuronale. L’implication de la dopamine dans l’apprentissage social, qui reste une question centrale dans ce domaine de recherche, sera adressée directement. Les bénéfices succeptibles de découler de ce projet sont de : (i) Caractériser la représentation des variables d’apprentissage social dans le striatum anterieur et le cortex préfrontal médian et de comprendre les dynamiques des réseaux cérébraux. (ii) Comprendre le rôle de la dopamine, une molécule importante dans la communication entre les neurones de ce circuit, dans ces deux types d’apprentissage grâce à l’inactivation de son influence sur le striatum. (iii) Fournir ces jeux de données à la communauté scientifiques pour contraindre/valider/étendre les modèles existants de ces apprentissages. A long terme, et de manière plus globale, ce projet permet (iv) de comprendre les mécanismes neuronaux de comportements qui sont dérégulés dans certaines pathologies touchant la cognition sociale, telles que le trouble du spectre autistique, la schizophrénie ou le trouble déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité. La compréhension de ces mécanismes permettra, in fine, (v) d’améliorer et d’adapter des méthodes pédagogiques et d’éducation, prévenant potentiellement l’exclusion sociale. (iv)Cela permettra également une meilleure prise en charge thérapeutique des patients, avec un traitement et un soutien plus fin et efficace.

Ce projet est multisite et se déroulera dans 4 établissements utilisateurs (EU). Chaque animal sera soumis aux interventions suivantes : – Déplacement au centre IRM pour acquisition d’images IRM, sous anesthésie pour une durée totale d’environ 2h + 2x10min de trajet (EU1/4). Déplacement dans l’EU2/4 pour acquisition d’images par rayons X, sous anesthésie pour une durée totale d’environ 20min + 2x10min de trajet. – Délacement vers l’EU3/4 pour acquisition d’images, sous anesthésie, 1 fois pour une durée d’envirion 2h + 2x3h30 de trajet. – Chirurgie d’implantation du plot de tête et injection intracérébrales pour une durée d’environ 8h. Si les injections s’allongent dans le temps, l’animal subira une chirurgie séparée pour la mise en place du plot de tête (EU1/4). – Chirurgie d’implantation de chambre d’enregistrement, sous anesthésie, pour une durée d’environ 6h (EU1/4). – La prise quotidienne de l’animal en chaise pour entrainement et enregistrements électrophysiologiques, environ 3h, 5 jours par semaine, ainsi que le contrôle hydrique de quelques mois à plusieurs années (EU1/4).

Ce projet utilisera des macaques fascicularis. La plupart des étapes de la procédure utilisée sera susceptible de créer une nuisance aux animaux. i) Les premières fois où les animaux seront mis en chaise pour leur venu dans le laboratoire pourront causer du stress lié à la prise de l’animal à l’aide d’une canne et à son déplacement depuis sa cage d’hébergement jusqu’à la chaise primate. Cela durera d’une à deux semaines bien qu’une habituation des animaux à la canne soit préalablement réalisée. ii) La restriction des mouvements de la tête des animaux à l’aide d’un plot de tête sera également source de stress, principalement lors des premières mises en contention. iii) Le contrôle hydrique partiel lié au besoin expérimental pourra engendrer un stress, une déshydratation, une perte d’appétit et en conséquence une perte de poids durant la durée de l’expérience. iv) L’anesthésie et l’intubation de l’animal, nécessaires aux procédures d’acquisitions d’images et de chirurgie d’implantation du plot de tête, la réalisation d’injections intracérébrales et de chambre d’enregistrement pourront créer de la douleur post-opératoire à l’animal durant plusieurs jours, des hémorragies et des infections. v) En post-opératoire, l’animal pourrait ressentir de la douleur et développer une infection liée aux actes chirurgicaux. vi) L’isolement post-opératoire de l’animal (une semaine sans contact physique de ses congénères) pourrait créer du stress.

Les animaux seront mis à mort. L’objectif de la mise à mort est de prélever le cerveau de l’animal en fin de projet afin de préciser par une analyse post-mortem la localisation, la spécificité et l’état de préservation des zones cérébrales étudiées.

Le primate non humain (PNH) sera utilisé pour la proximité anatomo-fonctionnelle des boucles cortico-striatales qu’il partage avec l’humain, notamment les boucles préfronto-striatales qui sont majoritairement représentés chez le PNH par rapport à d’autres mammifères. L’organisation des differentes couches corticales pour la computation intra-aires et les connectivités inter-aires sont particulièrement similaires entre le PNH et l’humain. Les animaux seront préférentiellement utilisés au stade de jeune adulte/adulte. A ce stade du développement, les animaux ne sont plus en croissance et leurs besoins physiologiques sont stabilisés. Cela permet un contrôle plus précis des protocoles expérimentaux, que ce soit en termes de volume des récompenses utilisées pour l’apprentissage par renforcement, de contrôle du régime alimentaire dans la cage ou de localisation des structures cérébrales cibles pour les implants chirurgicaux. Par ailleurs, les animaux étant encore jeunes, ils présentent une meilleure tolérance aux procédures expérimentales et une meilleure récupération suite aux procédures nécessitant une anesthésie. Des animaux plus jeunes mais ayant déjà atteints leur maturité sexuelle pourraient être utilisés pour les premières phases d’habituation et être ainsi jeunes adultes lors du commencement des parties ultérieures de la procédure.