Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 01/04/2025
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-016445)
Craniotomie, injection stéréotaxique dans le cerveau, pose d’un implant crânien de deux heures trente : 3 000 souris subissent ces interventions, 2 880 d’entre elles dans des procédures impliquant un niveau de souffrance sévère, et toutes sont tuées à l’issue. Les animaux implantés vivent seuls pendant treize semaines au maximum pour éviter la perte de l’implant, et une restriction hydrique pouvant durer huit à douze semaines les motive à exécuter la tâche. L’objectif déclaré est de décrire l’activité du réseau fronto-pariétal pendant la mémoire de travail, les retombées annoncées sur la schizophrénie étant renvoyées à de futures stratégies. Le RNT parle de « différentes tâches comportementales » en tête restreinte, sans jamais dire lesquelles.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
La mémoire de travail est une des fonctions cognitives les plus importantes car elle assure la continuité entre le passé immédiat et les actions à venir en agissant comme carrefour d’échanges entre les informations sensorielles entrantes, la mémoire long-terme et la prise de décisions. Le cortex préfrontal a été proposé comme étant l’unique siège de la mémoire de travail depuis les années 70. Cependant de plus en plus d’études chez les primates non-humains et cliniques mettent en avant la nature distribuée de la mémoire de travail, notamment au niveau du cortex pariétal postérieur dans le réseau fronto-pariétal. Néanmoins, l’interaction fonctionnelle entre ces deux aires corticales au niveau des réseaux neuronaux et cellulaires a été très peu étudiée. Cette méconnaissance est principalement due aux limitations méthodologiques d’enregistrement. L’utilisation de modèles génétiques chez la souris couplée à des méthodes d’enregistrement électrophysiologique de large population de neurones permet de cibler de plus en plus finement les populations neuronales et les synapses d’intérêts dans le système nerveux central. De plus, le développement de nouveaux outils cellulaires permet l’expression d’outils moléculaires par les cellules et synapses impliquées spécifiquement durant la mémoire de travail. Une grande variété d’action est alors possible afin de bloquer, augmenter ou moduler dynamiquement des processus cellulaires et synaptiques d’intérêts. L’objectif général de notre projet, qui se déroule dans 2 établissements utilisateurs, est d’investiguer l’activité neuronale dans le réseau fronto-pariétal pendant la mémoire de travail afin d’élucider son rôle spécifique ainsi que les mécanismes généraux y orchestrant. Ceci pourrait nous éclaircir sur la physiopathologie et le développement de nouvelles cibles thérapeuthiques pour des maladies comme la dépression et les troubles de l’attention où la mémoire de travail est particulièrement affectée.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Ce projet a pour but de mieux comprendre les mécanismes de réseaux et cellulaires qui soutiennent la mémoire de travail et ainsi la manière dont notre cerveau traite cette tâche cognitive. De par les résultats qui en découlent, nous nous attendons à apporter de nouvelles connaissances dans la compréhension de l’organisation du réseau neuronal. Ces connaissances nous aideront donc à mieux comprendre non seulement comment la mise en place de la mémoire de travail s’effectue, mais également comment des maladies ou des troubles psychiatriques liés à une altération de cette mémoire peuvent se mettre en place. L’intérêt scientifique majeur de ce projet est d’utiliser de nouveaux outils cellulaires pour répondre directement à de nombreuses questions sur les mécanismes cellulaires mis en jeu lors de la mobilisation de la mémoire de travail en faisant le lien entre physiologie synaptique et activité de réseau. Pour cela, nous avons mis en place des approches multidisciplinaires allant de la physiologie synaptique à l’analyse d’activité de réseau. Nos données seront utilisées pour alimenter des réseaux de neurones artificiels pour mettre en lumière les mécanismes fondamentaux de la mémoire de travail afin de mettre en œuvre de meilleures stratégies pour contrebalancer son altération dans des maladies neuropsychiatriques telles que la schizophrénie.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Dans le premier établissement utilisateur, l’ensemble des animaux subiront une chirurgie sous anesthésie pour infection virale (30 min) avec ou sans implantation (2h30). La pose d’implant nécessite que les animaux soient placés en hébergement individuel pour la totalité de l’expérimentation, soit pour une durée de 13 semaines maximum, afin d’éviter le risque de perte d’implant dû à l’interaction avec ses congénères. Le test comportemental requiert le jeûne hydrique de 8-12 semaines maximum pour motiver les animaux à effectuer la tâche. Lors des tests comportementaux de mémoire de travail, réalisés dans le second établissement utilisateur, les animaux subiront 3 injections (30 min/injection, 1 injection/2 jours). Les animaux effectueront différentes taches comportementales se faisant sur 8-12 semaines consécutives maximum. Les animaux subiront 1 injection (5 secondes) pour l’anesthésie avant euthanasie et 1 injection (5 secondes) pour l’anesthésie avant l’imagerie intrinsèque.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
Les étapes de la chirurgie entraînent des effets indésirables sur les animaux : l’incision de la peau, la craniotomie, l’injection stéréotaxique, les différentes implantations et la réalisation des points de sutures.L’animal subit également un stress lié à la diminution de comportements sociaux suite à l’isolement des animaux après implantations et lors du contrôle hydrique ou alimentaire. Un stress physique est également induit lors des contentions et lors de la tâche comportementale en tête restreinte. L’injection dans le péritoine provoque un stress physique dû à la contention et entraîne un effet indésirable de l’injection.
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
L’ensemble des animaux est euthanasié à la fin de chaque procédure pour réaliser des expériences d’electrophysiologie in situ ou pour des analyses histologiques.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
En l’état actuel de nos connaissances, la recherche proposée ne peut pas être substituée par des approches in silico car le projet traite de fonctions cérébrales complexes à la base de la mise en place de la mémoire de travail chez les mammifères. Il n’y a donc aucune alternative à l’utilisation d’animaux. La culture cellulaire n’est pas appropriée car les propriétés synaptiques de réseaux sont modifiées dans ces préparations. Déterminer comment les informations cognitives et sensorielles sont traitées exigent que l’animal soit intact.
2. Réduction
Afin de réduire le nombre d’animaux utilisés, les conditions de l’élevage seront standardisées et en adéquation avec le bien-être des animaux de façon à obtenir des groupes d’animaux les plus homogènes possibles et ainsi diminuer le nombre d’individus pour les analyses statistiques. Afin de réduire autant que possible les erreurs statistiques qui pourraient résulter d’un nombre insuffisant d’animaux, tout en limitant le nombre d’animaux, nos tests seront strictement basés sur un seuil de significativité de 0.05. L’utilisation de tests statistiques tel que le t-test, pour ces expériences nous permet d’estimer un nombre minimal de souris nécessaires pour satisfaire les conditions statistiques de significativité.
3. Raffinement
Les animaux sont surveillés chaque jour par les zootechniciens. Cette surveillance est renforcée par un deuxième suivi effectué par l’expérimentateur dans les jours qui suivent la chirurgie jusqu’à récupération complète des animaux. Des critères de bien-être seront évalués : allure du poil, dos vouté, blessures dues à des bagarres entre congénères, lésions cutanées, agressivité ou repli, respiration accélérée/saccadée. Le constat de signes de souffrance sans lien avec les procédures expérimentales entraîne la création d’une « fiche individuelle de soin» (FIS), qui renseigne les soins prodigués (isolement, réchauffement, soins médicamenteux, etc…) et l’évolution des signes. La cage est alors signalée par une étiquette « animal à surveiller ». Cette fiche est fermée quand l’animal a récupéré ou qu’une décision de mise à mort a dû être prise. Un suivi spécifique établi pour les procédures de chirurgie sera décrit dans les procédures. La chirurgie implantaire est réalisée sous anesthésie gazeuse. Un contrôle de la respiration et de l’absence de réflexe sera effectué tout le long de la chirurgie. La douleur induite par l’incision sera couverte par l’injection préalable d’un anesthésique local. L’injection d’un morphinique en début de chirurgie va permettre une couverture analgésique jusqu’au réveil de l’animal. Une injection d’un anti-inflammatoire non stéroïdien est réalisée en fin de chirurgie pour assurer une couverture analgésique pendant les 12 heures post-opératoire. Les jours suivants si l’animal montre des signes de souffrance, il recevra une injection quotidienne d’un anti-inflammatoire non stéroïdien jusqu’à disparition des signes de mal-être. Afin que la perfusion intracardiaque soit indolore, ce geste est précédé d’une injection d’une double dose d’analgésique et d’un anesthésiant. L’absence de réflexe est vérifiée avant toutes incisions afin de contrôler la profondeur de l’anesthésie de l’animal.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
La souris est une espèce de choix pour les études sur le système nerveux central des mammifères. L’organisation du système nerveux central de cette espèce est proche de celle de l’homme, ce qui permet une extrapolation des résultats obtenus chez cette espèce à l’espèce humaine afin de mieux comprendre l’importance des mécanismes synaptiques sur l’adaptation comportementale. De plus, ce modèle nous permet d’utiliser les modèles transgéniques d’intérêt. Le projet sera réalisé sur des animaux mâles et femelles de 6 à 32 semaines d’âge, ce qui correspond chez cette espèce à l’âge adulte. Leur poids et leur taille sont stabilisés, et la taille du cerveau est homogène garantissant ainsi une bonne reproductibilité des sites d’injection.