Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 17/03/2023
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-839265)
115 rats vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance léger à modéré, dont 70 tués à l’issue et 45 réutilisés ou proposés au placement. Ils sont soumis à un rationnement en eau et à une tâche olfactive, une partie recevant en plus une chirurgie du cerveau de une à trois heures pour implanter une fibre optique ou des électrodes. Le porteur nomme les tests, une tâche d’attention aux odeurs dans un pléthysmographe, et prévoit la mise à mort des animaux implantés pour vérifier les sites d’injection. Il écarte l’étude chez l’humain pour des raisons éthiques liées au caractère invasif et retient le rat pour ses capacités cognitives et la taille de son cerveau.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
L’attention est une fonction cognitive complexe et multi-facettes. Ce projet de recherche fondamentale a pour objectif de tester les bases comportementales et les mécanismes neuronaux impliqués dans l’attention aux odeurs. L’attention aux odeurs et les mécanismes neuronaux la supportant, restent à ce jour très peu étudiés. Le but général de ce projet est de déterminer si ces mécanismes sont similaires à ceux retrouvés dans les autres modalités sensorielles (notamment l’attention visuelle). Le projet vise notamment à déterminer 1) s’il y a un lien entre performances attentionnelles et respiration et 2) quelles sont les zones cérébrales impliquées dans l’attention aux odeurs. Dans ce projet, nous avons choisi d’aborder cette question chez le rat, une espèce macrosmate qui utilise principalement le sens olfactif pour la perception de son environnement. Notre projet vise à : 1) tester si l’attention aux odeurs fluctue chez le rat et si ces fluctuations sont liées à la respiration en combinant tout d’abord une tâche d’attention aux odeurs dans un pléthysmographe (enregistrement non invasif de la respiration) et ensuite en combinant une tâche d’attention à l’optogénétique, une technique permettant de disséquer les fondements des performances attentionnelles et 2) déterminer le réseau cérébral sous-tendant l’attention aux odeurs en combinant tâche comportementale, pharmacologie et électrophysiologie.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
L’attention est une fonction cognitive majeure et les déficits attentionnels se retrouvent dans plusieurs troubles du neurodéveloppement (par exemple Trouble du déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité) et neuropsychiatriques (par exemple la schizophrénie). Une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents aux processus attentionnels dans des conditions non pathologiques constitue une étape indispensable pour guider la mise en oeuvre d’outils thérapeutiques pour le traitement des déficits attentionnels. Les résultats de cette étude permettront également de tester l’implication de la respiration dans les processus attentionnels et si nous montrons que cela est le cas, des thérapies de remédiation des troubles attentionnels par la respiration pourront être envisagées chez l’humain.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Dans ce projet, nous allons utiliser une tâche comportementale d’attention avec un rationnement hydrique progressif. Les animaux réaliseront la tâche dans une cage de pléthysmographie permettant d’enregistrer leur respiration de façon non invasive. La tâche comportementale dure 30 min tous les jours du lundi au vendredi (1 session par jour pendant 5jours) et ce sur plusieurs semaines pour l’apprentissage (2 à 3 mois). Dans une partie du projet, nous testerons la contribution du système cholinergique dans cette tâche d’attention en réalisant des injections intrapéritonéales d’une molécule anticholinergique (scopolamine ou saline) . Pour déterminer le réseau neuronal impliqué dans l’attention aux odeurs, nous allons aussi combiner la tâche comportementale soit à l’optogénétique soit à l’électrophysiologie. Dans les premier cas, les animaux recevront un virus en intracérébral et seront implantés d’une fibre optique sous anesthésie générale profonde et analgésie. La durée totale de la chirurgie est d’environ 1h30. Quand les animaux auront récupéré (minimum 20 jours pour l’expression du virus), ils réaliseront ensuite la tâche comportementale. Dans le deuxième cas (électrophysiologie), les animaux subiront une chirurgie sous anesthésie générale profonde et analgésie visant à implanter les électrodes intracérébrales et poser le connecteur. Cette chirurgie devrait avoir une durée totale de 3h.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
La première partie du projet concerne seulement une tâche comportementale avec rationnement hydrique. Seul un léger stress au début du rationnement hydrique est donc attendu. Pour tester la contribution du système cholinergique, cette tâche comportementale sera combinée avec des injections en intrapéritonéale de scopolamine ou saline. La nuisance sera donc, dans ce cas, liée à l’injection de scopolamine qui pourra induire un stress à l’animal mais nous ne nous attendons pas à des effets stéréotypiques. Pour les animaux implantés, la nuisance sera liée à la chirurgie (soit pour injection de virus soit pour des enregistrements électrophysiologiques) et ces interventions peuvent engendrer une douleur post-opératoire qui sera évaluée et contrôlée à l’aide d’analgésique.
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
Les animaux non implantés et ayant seulement réalisés la tâche comportementale pourront être réutilisés dans un autre projet ou proposés au placement (45 animaux). Pour les animaux implantés, les sites d’injection et diffusion des virus et d’implantation des électrodes devant être vérifiés, les animaux seront mis à mort.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
Les problèmes éthiques liés aux enregistrements intra-cérébraux et à l’utilisation de l’optogénétique rendent ces expériences non envisageables chez le sujet humain. L’étude des rythmes cérébraux et plus particulièrement l’étude de la corrélation entre la respiration, ces rythmes et le comportement nécessitent l’utilisation d’animaux vivants et ne peut s’envisager sur modèles strictement in vitro.
2. Réduction
Pour mener ce projet, nous aurons besoin d’utiliser 115 rats pendant la durée du projet. Ce nombre a été réduit au minimum en nous basant sur les données bibliographiques antérieures et permettant de réaliser des analyses statistiques. La première partie du projet a été développée pour mettre au point tous les paramètres de la tâche de sorte de réduire le nombre d’animaux utilisés par la suite. Mais si les paramètres optimaux de la tâche sont rapidement trouvés, ce nombre pourra être réduit.
3. Raffinement
Nous avons choisi d’enregistrer la respiration de façon non-invasive en utilisant une cage de pléthysmographie. Cette technique permet d’étudier très finement un ensemble de paramètres respiratoires comme la fréquence et les volumes inspiratoires et expiratoires de manière spontanée ou en présence d’une stimulation odorante. Ces enregistrements ont lieu sans aucune contrainte chez l’animal comme c’est le cas, par exemple, avec l’utilisation d’une ceinture placée autour de la cage thoracique. L’animal est libre de ses mouvements. Le rationnement hydrique est mis en place de façon progressive pour limiter le stress de l’animal. De plus, les animaux auront accès à l’eau ad libitum durant les weekends (jusqu’au dimanche soir). Les animaux recevront du tickling dès le début du projet pour être mieux habitués à l’expérimentateur et cela facilitera et diminuera également le stress pour les injections. Pour les animaux implantés, ces derniers ne subiront qu’une seule chirurgie durant laquelle ils seront correctement anesthésiés et analgésiés. La douleur post-opératoire sera quantifiée, avec une surveillance accrue des animaux, et une couverture analgésique adéquate sera mise en place. Tous les animaux sont gardés par deux dans la cage pour diminuer leur stress.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Bien que certaines espèces d’invertébrés puissent être utilisées comme alternatives, elles ne peuvent pas être utilisées pour étudier les questions proposées ici (bases comportementales et neurales de l’attention olfactive). Les rongeurs sont l’une des espèces de mammifères qui peuvent être utilisées pour étudier la relation entre les circuits neuronaux, la respiration et le comportement. De plus, le modèle du rat est particulièrement approprié pour ce projet car : -Nous souhaitons enregistrer plusieurs aires cérébrales, le cerveau du rat est assez large pour pouvoir faire des enregistrements multi-sites simultanés. -Nous allons moduler de façon sélective l’activité de certaines zones du cerveau grâce à l’optogénétique pour disséquer les mécanismes de l’attention aux odeurs. -Les rats ont des capacités cognitives très bonnes et peuvent donc réaliser des tâches comportementales complexes similaires à celles utilisées chez l’Homme. Nous utiliserons des animaux adultes car l’étude des rythmes cérébraux nécessite que la maturité cérébrale soit atteinte.