Macaques rhésus

Une chirurgie de six heures pour implanter une chambre d'enregistrement dans le crâne, jusqu'à cinq séances d'IRM sous anesthésie, puis deux heures par jour en chaise cinq jours par semaine : 5 macaques rhésus vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. L'entraînement et les enregistrements de neurones durent de 6 à 24 mois selon l'estimation du porteur, pour comprendre comment le cortex auditif code la voix. À la fin, le connecteur est retiré mais les électrodes restent sous la dure-mère, et les macaques peuvent être réutilisés dans d'autres projets, potentiellement 3 sur 5, ou replacés dans des groupes reproducteurs d'élevage, potentiellement 2. Le porteur mentionne un "contrôle hydrique" quotidien sans en préciser les modalités ni la quantité d'eau laissée aux macaques.

Objectifs

La voix humaine est l’un de nos signaux sociaux les plus puissants. En une fraction de seconde, nous reconnaissons qui parle, percevons son émotion et devinons son intention. Cette aptitude remarquable n’est pas propre à l’être humain : les macaques, les ouistitis et d’autres primates extraient eux aussi des informations sur l’identité et l’état affectif à partir des vocalisations, afin de s’orienter dans leurs environnements sociaux complexes. Les études de neuroimagerie ont mis en évidence des « patchs vocaux» (« voice patches ») chez l’humain—, et plus récemment chez le macaque et le ouistiti, suggérant l’existence d’une architecture neuronale conservée pour le décodage des voix, façonnée par des millions d’années d’évolution des primates. Cependant, nous ne disposons toujours pas d’un modèle au niveau neuronal expliquant comment les voix sont représentées dans le cerveau. L’IRM fonctionnelle permet de localiser les régions du cerveau sensibles à la voix, mais ces cartes ne permettent pas d’expliquer comment les populations de neurones encodent les voix. Ce projet vise à combler ce fossé en passant des cartes corticales aux neurones individuels chez le macaque. Le projet cartographiera les neurones sélectifs aux voix chez n=5 macaques à l’aide d’enregistrements des neurones à haute densité guidés par IRM fonctionnelle. Il modélisera comment les neurones respondent aux voix à partir de descripteurs acoustiques et de réseaux neuronaux profonds, afin de révéler les stratégies de représentation vocale chez le macaque.

Bénéfices attendus

Ce projet permettra une compréhension unique de l’information vocale contenue dans l’activité de populations de neurones individuels du cortex auditif secondaire. Ceci contribuera à notre connaissance des mécanismes neuronaux de la communication, avec un impact potentiel sur le développement des nouvelles générations d’implants corticaux pour restaurer/augmenter l’audition.

Procédures

Chaque animal sera soumis aux interventions suivantes : - Déplacement au centre IRM pour acquisition d'images IRM, sous anesthésie pour une durée totale d'environ 3h ; - Chirurgie d'implantation de chambre d'enregistrement, sous anesthésie, pour une durée d'environ 6h ; - La prise quotidienne de l'animal en chaise pour entrainement et enregistrements électrophysiologiques, environ 2h, 5 jours par semaine, ainsi que le contrôle hydrique . Un maximum de 5 sessions d’imagerie par animal sera effectué pour la localisation des aires sensibles à la voix (limitées à 1 ou 2 en cas de résultats concluants). L’entrainement à la tâche et l’enregistrement pendant la tâche seront effectués 5j/semaine pendant la durée de l'expérience, qui n'est pas définissable a priori. Une estimation vraisemblable serait entre 6 et 24 mois (entrainement 3- 6 mois / enregistrement 3-18 mois) selon l'avancement de l'entraînement des animaux et la qualité des enregistrements. Dans le cas d'un protocole d'enregistrement plus long, une prolongation serait demandée à la SBEA.

Impact sur les animaux

Stress lié à la capture en cage de contention: Douleur liée à la piqûre pour les anesthésies; Risques liés à l'anesthésie pour l’IRMf et la chirurgie d’implantation; Irritation de la trachée liée à l’intubation pour l’anesthésie gazeuse; Douleur post-opératoire pour l'implantation; Possibles infections au niveau des implants.

Devenir

Tous les animaux sont gardés en vie à l'issue de la procédure. Une fois les enregistrements terminés, les animaux subissent une chirurgie de dé-implantation du connecteur (les électrodes subdurales sont laissées en place pour éviter une nouvelle craniotomie). Après cicatrisation et récupération, ils peuvent soit être réutilisés dans es projets pour lesquels la présence d’électrodes dans le lobe temporal n’est pas gênante (potentiellement 3/5), ou replacés dans des groupes reproducteurs dans des élevages (potentiellement n=2).

Remplacement

Le but du projet est de comprendre comment les neurones dans les aires sélectives à la voix du cortex auditif traitent l’information vocale. Les enregistrement de neurones isolés dans les aires de la voix sont inexistants chez l’humain, il est donc nécessaire d’avoir recours à des animaux pour cette recherche.

Réduction

Réduction du nombre d’animaux au minimum (n=5) pour obtenir des résultats chez au moins deux (voire trois singes) sur chacune des expériences prévues sur 5 ans, étant donné la complexité de la chirurgie qui implique un certain risque, et la possibilité que des matrices cessent de donner du signal exploitable après quelques mois. Si nous obtenons suffisamment de données neurophysiologiques pour une analyse statistique satisfaisante chez trois animaux, nous n'en utiliserons pas d’autres. Pour chaque animal, l’enregistrement avec plusieurs microélectrodes multi-contacts permettra de mesurer l’activité de populations neuronales dans plusieurs structures corticales et sous-corticales. La richesse des enregistrements multi-électrodes offre la possibilité de réaliser de très nombreux types d’analyses portant sur les potentiels d’actions de neurones isolés (modulation de fréquence de décharges ou de synchronisation entre neurones dans différentes périodes de la tâche ou dans différentes structures), sur les populations de neurones (distribution spatiale de l’activité, moyennes de populations), sur les potentiels de champs locaux (LFP) et sur la synchronisation entre LFP et potentiels d’actions. La répétition des séances d’enregistrement sur plusieurs mois a pour objectif d’augmenter le nombre de neurones différents enregistrés dans chaque structure. Cette augmentation permet d’augmenter la puissance statistique de nos analyses. La durée totale des enregistrements pour un animal est étroitement dépendante de la durée de vie des implants, qui cessent de donner un bon signal après une période pouvant aller de plusieurs mois à quelques années. LA REUTILISATION D'ANIMAUX PERMETTRA LA REDUCTION DU NOMBRE DE NOUVEAUX ANIMAUX UTILISES.

Raffinement

Les animaux sont hébergés en paires dans des cages et volière enrichis de perchoirs, de cordes et de jeux suspendus, pour favoriser les comportements exploratoires et aussi le retour à une activité normale en période post-chirurgicale. Après un délai minimal d'une semaine et selon l'état de récupération après l’implantation, l'animal sera sorti en chaise afin de reprendre une routine qui lui est familière. Les méthodes de renforcement positif (training et habituation) seront utilisées afin de réduire le stress des sujets. L'IRM anatomique et fonctionnelle seront réalisés sous anesthésie générale afin de s'assurer de l'inconscience de l'animal, réduisant de fait le stress de l'animal lors de la réalisation de la procédure. Lors d'interventions chirurgicales, en plus de l'anesthésie, un analgésique sera administré et prolongé en période post-opératoire. Des points limites précoces et adaptés seront appliqués.

Choix des espèces

Les raisons justifiant le choix des macaques comme espèce de comparaison sont les suivantes : - Ils sont relativement proches de nous sur le plan phylogénétique de sorte que les résultats nous renseigneront sur l'histoire de l'évolution relativement récente ; - Ils utilisent des vocalisations complexes et variées, bien caractérisées acoustiquement; - Il s'agit d’un modèle neuroscientifique largement étudié, en particulier pour les neurosciences auditives, de sorte que les résultats obtenus seront interprétables en relation avec une grande quantité de données complémentaires; - Enfin, ils peuvent être scannés en IRMf sur le même scanner que les humains, ce qui constitue un pont unique entre l'IRMf humaine et la littérature électrophysiologique sur les singes. 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 (entrainement à la tâche auditive) et être ainsi jeunes adultes lors du commencement des parties ultérieures de la procédure (implantation, électrophysiologie).

6 macaques rhésus au maximum vont être utilisés dans le second établissement de ce projet multisite, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, puis réutilisés dans d'autres projets. Chacun peut subir jusqu'à trois IRM et trois scanners sous anesthésie, deux à quatre chirurgies d'implantation crânienne, et des séances d'entraînement puis d'enregistrement cinq jours par semaine au moins, tête immobilisée. Le porteur énumère lui-même les atteintes possibles : douleurs postopératoires de plusieurs jours, infections des implants qui traversent la peau, isolement postopératoire sans contact avec les congénères, perte de poids en cas de contrôle de l'accès à l'eau. Sur le remplacement, il affirme qu'aucune méthode ne permet d'étudier ces circuits à l'échelle de "l'ensemble de l'organisme" et désigne le macaque comme "le modèle animal le plus pertinent", en invoquant la proximité de son cerveau avec celui de l'humain.

Objectifs

Ce projet est multisite et se déroulera dans les établissements EU 1/2, EU 2/2. Réaliser des tâches quotidiennes nécessite de coordonner tout un ensemble de fonctions cognitives imposant des contraintes contradictoires à notre système nerveux. Par exemple, chercher un objet spécifique caché au milieu d’autres objets nécessite d'en construire une représentation et de la maintenir en mémoire sur une courte période. Pour éviter de changer de but constamment, cette représentation et ce but doivent être protégés d’interférences, notamment sensorielles. Par contre, détecter cet objet nécessite d’intégrer les informations sensorielles et de les analyser. La prise de décision est dans ce cas guidée par les mécanismes attentionnels. Des difficultés à correctement contrôler les différents processus cognitifs émergent dans des troubles psychiatriques très handicapants tels que les troubles schizophréniques ou des déficits attentionnels avec ou sans hyperactivité. Ces mécanismes résultent des interactions de plusieurs aires cérébrales, corticales et sous-corticales. Notamment, les réseaux pariétaux et pré-frontaux sont centraux dans le contrôle de ces mécanismes. Basés sur des résultats précédents acquis au sein du groupe, nous proposons de tester une hypothèse originale. Dans cette hypothèse, le cortex préfrontal, qui biaise le traitement des informations sensorielles dans les réseaux cérébraux sensoriels et décisionnels, doit être en mesure de mesurer l’effet de ses propres modulations pour les ajuster en ligne aux besoins de la tâche. Nous postulons donc l’existence de boucles de rétro-contrôle attentionnelles médiées par les interactions fortes entre cortex pariétaux et frontaux et permettant d'ajuster en ligne la force du contrôle cognitif.

Bénéfices attendus

Ce projet portera des bénéfices à différentes échelles. Il permettra l’élargissement des connaissances sur les réseaux pariéto-frontaux impliqués dans les comportements complexes impliquant du control cognitif. Coupler des approches d’électrophysiologie et de manipulations ciblées permettra de mieux appréhender les influences réciproques et les fonctions associées au sein des réseaux pariéto-frontaux. Les processus cognitifs empruntent des termes de la psychologie qui n’ont pas nécessairement de corrélats neuronaux clairs alors qu'il est maintenant admis que les fonctions cognitives émergent d’interactions corticales complexes. En liant clairement des fonctions cognitives à des processus neuronaux aux seins de réseaux corticaux, ce projet permettra une meilleure définition des processus cognitifs et devrait ainsi avoir un impact fondamental sur notre connaissance de la cognition humaine. De plus, nous proposons une hypothèse originale concernant le contrôle exécutif des processus cognitifs. Cette hypothèse est à même d’éclairer les mécanismes défectueux dans certains aspects de troubles comportementaux hautement débilisant tels les troubles déficitaires de l’attention, la schizophrénie ou la dépression.

Procédures

Anesthésies pour Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) (1 à 3 par animal sur la durée du projet, 1h30/intervention) Anesthésies pour CT scan (1 à 3 par animal sur la durée du projet, 20 minutes/intervention). Chirurgies d'implantations (2 à 4 par animal sur la durée du projet, 4 à 8 heures par intervention). Entrainement à réalisation de tâches comportementales (1 à 2 heures par séance, 5 séances par semaines). Acquisition de données électrophysiologiques simultanément dans plusieurs aires corticales (1 à 3 heures par jours, 5 à 7 jours/semaines). Définir la durée en nombre de semaines des phases d'apprentissage et d'acquisition de données est compliquée pour les raisons suivantes: - cette durée dépend énormément de chaque individus et du temps nécessaire pour habituer les animaux à chaque étape sans induire de stress excessif (certains apprennent très vite et d'autre moins voire pas du tout). - cette durée dépend de la quantité et de la qualité de données acquises à chaque séance, qui dépendent de facteurs incontrollables. - cette durée dépend d'un ensemble d'évènements externes imprevisibles et intrinsèques à l'utilisation des primates non-humains.

Impact sur les animaux

Ce projet impliquera des macaques soumis à des procédures classées légères ou modérées en termes de sévérité. Plusieurs étapes de ce protocole sont susceptibles de causer une gêne ou un stress aux animaux : 1. Mise en chaise et manipulation initiale : Lors des premières sessions, le fait de placer les animaux dans une chaise de transport, en les manipulant à l’aide d’une canne depuis leur lieu d’hébergement, pourra induire un stress. : La durée de cette phase d’adaptation dépendra de la vitesse d'apprentissage de animaux. D'expérience, cette phase peut s'étendre sur plusieurs semaines. 2. Contention de la tête : La restriction des mouvements de la tête, rendue nécessaire pour les acquisitions électrophysiologiques et le contrôle de la position du regard, constituera une source de stress, notamment au début. 3. Contrôle hydrique partiel : Le contrôle hydrique partiel (qui ne sera utilisé qu'en dernier recours si des méthodes de motivation alternatives échouent) pourrait entraîner du stress, une déshydratation, une perte d’appétit et, par conséquent, une perte de poids pendant la durée de l’expérience. 4. Anesthésie et intubation : Les procédures d’anesthésie et d’intubation, nécessaires pour réaliser les examens d’IRM, de CT-scan et les chirurgies pourront provoquer des douleurs postopératoires pendant plusieurs jours. Ces interventions comportent également des risques d’hémorragie, d’infection, de perte de température corporelle. 5. Douleur et infection postopératoires : après les actes chirurgicaux, les animaux pourraient ressentir de la douleur et développer des infections liées à ces interventions. 6. Isolement postopératoire : Un isolement postopératoire sans contact physique avec leurs congénères (en fonction d’éventuelles complications), pourrait générer un stress supplémentaire. 7. Infection des implants : des infections sont susceptibles de se développer au niveau des implants transcutanés (chambre, plot de tête et connecteur de matrices). 8. Inactivations réversibles : Les inactivations réversibles, bien que temporaires (moins de 24 heures), pourraient altérer la perception visuelle des animaux pendant quelques heures.

Devenir

A la fin du projet, les animaux seront experts dans la réalisation de tâches comportementales complexes. De plus, les implants peuvent avoir une durée de vie qui va au-delà de la durée d'un projet. En fonction du déroulé du projet et en accord avec la Structure responsable du Bien Etre Animal (SBEA) et l'équipe vétérinaire, les animaux seront réutilisés dans d'autres projets permettant de réduire le nombre d'animaux utilisés.

Remplacement

Le projet implique l'utilisation d'animaux, car il n’existe à ce jour aucune méthode alternative permettant de répondre aux objectifs du projet. Les simulations informatiques, les organes sur puce et les cultures cellulaires ne permettent pas d’étudier, dans un organisme vivant, les substrats neuronaux de comportements complexes tels que le contrôle cognitif. Ces processus reposent sur l’activité coordonnée dans un contexte comportemental de réseaux cérébraux distribués, engagés dans des interactions dynamiques à l’échelle de l’ensemble de l’organisme. Les techniques électrophysiologiques utilisées ici permettent d’enregistrer l’activité de neurones unitaires avec une résolution spatio-temporelle fine. Bien qu’elles puissent être utilisées dans certains contextes cliniques, elles restent trop invasives pour être déployées chez l’être humain dans une démarche expérimentale. Le recours au macaque est justifié par la grande proximité de son cerveau avec celui de l’être humain, tant sur le plan anatomique que fonctionnel, notamment pour les circuits pariéto-frontaux et visuels impliqués dans l’attention, la mémoire de travail et le contrôle cognitif. Les dysfonctionnements des circuits pariéto-frontaux et visuels sont impliqués dans des troubles neurodéveloppementaux humains très invalidants, tels que les troubles de l’attention avec ou sans hyperactivité. Le macaque est en outre capable de réaliser des tâches oculomotrices similaires à celles réalisées par des humains. Il représente ainsi le modèle animal le plus pertinent pour étudier les mécanismes neuronaux du contrôle cognitif à l’échelle du neurone unique et des populations neuronales, dans un cadre expérimental impossible à mettre en œuvre chez l’humain.

Réduction

Les interventions chirurgicales prévues comportent certains risques. Nous prévoyons d’inclure au maximum six animaux dans cette étude, en fonction de leur manière de réaliser les tâches comportementales proposées. Les capacités d'apprentissage, les stratégies cognitives et le nombre d'essais réalisés par séance sont très variables chez chaque individu. Il est donc possible que les objectifs scientifiques puissent être atteingnables avec trois animaux uniquement. La puissance statistique provient de la quantité de données acquises chez chaque animal, et non pas de la taille de la cohorte d'animaux Ainsi, si les données recueillies (activité cérébrale et comportement) sont suffisantes pour obtenir des résultats fiables avec trois animaux, aucun autre animal ne sera utilisé. Pour chaque animal, des dispositifs expérimentaux innovants permettront d’enregistrer l’activité de nombreux neurones dans différentes zones du cerveau en même temps. Cette méthode permet de recueillir beaucoup d’informations lors d’une même séance, ce qui réduit le nombre de séances nécessaires et la durée des enregistrements. Les enregistrements seront répétés sur plusieurs semaines afin d’observer un plus grand nombre de neurones et d’obtenir des résultats scientifiques solides. La durée totale des enregistrements pour chaque animal dépendra du nombre de neurones pouvant être enregistrés chaque jour. Elle ne peut donc pas être fixée à l’avance, mais sera limitée au temps strictement nécessaire pour atteindre les objectifs de l’étude.

Raffinement

Tous les hébergements répondent ou dépassent les exigences de la directive européenne 2010/63 sur l’utilisation des animaux à des fins scientifiques. Le suivi sanitaire est effectué par une équipe vétérinaire spécialisée dans le traitement des PNH. Les animaux sont hébergés dans une unité composée d’une volière centrale de 3 m de hauteur et de cages latérales. Le sol de la volière est couvert de copeaux de bois dans lequel ils recherchent de la nourriture. La cage et volière sont enrichies de perchoirs, de cordes et de jeux suspendus, pour favoriser les comportements exploratoires. Les singes sont hébergés en groupes sociaux de 2 à 4 individus et séparés uniquement pendant les heures d’entrainement. Leur pièce d’hébergement est éclairée par un mélange de lumière artificielle (cycle jours/nuit) et de la lumière naturelle. Des méthodes de renforcement positif (training et habituation) seront utilisées tout au long du protocole afin de réduire le stress des sujets. L'IRM anatomique et le CT-SCAN pré-chirurgicaux permettent de mieux planifier l’implantation des implants crâniaux afin de limiter l’invasivité de la procédure. Ces examens seront réalisés sous anesthésie générale afin de s'assurer de l'inconscience de l'animal, réduisant de fait le stress de l'animal lors de leur réalisation. Lors d'interventions chirurgicales, en plus de l'anesthésie, un analgésique sera administré et prolongé en période post-opératoire. Les tâches comportementales seront adaptées à la motivation et à l’état de chaque animal afin de limiter les situations d’échec, de frustration ou de stress excessif. Les techniques d'enregistrements simultanés de grande quantité de neurones permettent de réduire (i) le nombre d'essais nécessaires, (ii) le temps d'acquisition globale de l'expérience et (iii) le temps de chaque séance quotidienne. Des points limites précoces et adaptés seront appliqués tout au long du protocole.

Choix des espèces

Le primate non humain, en particulier le macaque (Rhésus), est utilisé pour la proximité anatomo-fonctionnelle de son cerveau avec celui de l’humain, notamment pour les réseaux pariéto-frontaux impliqués dans l’attention, la mémoire de travail et le contrôle cognitif. Ces réseaux sont particulièrement développés chez les primates par rapport à d'autres mammifères. Les macaques constituent le modèle animal le plus pertinent pour étudier les bases neuronales de fonctions cognitives de haut niveau dans des conditions expérimentales compatibles avec les objectifs du projet. Seuls des animaux jeunes adultes ou adultes seront utilisés, afin de disposer d’un cerveau mature et de performances comportementales stables, compatibles avec l’apprentissage des tâches cognitives prévues.

Deux à quatre chirurgies d'implantation de quatre à huit heures chacune, puis des enregistrements cérébraux d'une à trois heures par jour, cinq à sept jours par semaine : 6 macaques rhésus vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Conduits à la canne jusqu'à une chaise de transport, la tête immobilisée, ils sont entraînés à des tâches comportementales que le résumé ne décrit pas, et un "contrôle hydrique partiel" est prévu si les autres méthodes de motivation échouent. L'objet déclaré est de tester une hypothèse sur les échanges entre cortex pariétal et préfrontal, les retombées sur la schizophrénie ou les troubles de l'attention restant au conditionnel. Aucun macaque n'est tué à l'issue : devenus "experts" dans ces tâches et porteurs d'implants crâniens, ils seront réutilisés dans d'autres projets.

Objectifs

Ce projet est multisite et se déroulera dans les établissements EU 1/2, EU 2/2. Réaliser des tâches quotidiennes nécessite de coordonner tout un ensemble de fonctions cognitives imposant des contraintes contradictoires à notre système nerveux. Par exemple, chercher un objet spécifique caché au milieu d’autres objets nécessite d'en construire une représentation et de la maintenir en mémoire sur une courte période. Pour éviter de changer de but constamment, cette représentation et ce but doivent être protégés d’interférences, notamment sensorielles. Par contre, détecter cet objet nécessite d’intégrer les informations sensorielles et de les analyser. La prise de décision est dans ce cas guidée par les mécanismes attentionnels. Des difficultés à correctement contrôler les différents processus cognitifs émergent dans des troubles psychiatriques très handicapants tels que les troubles schizophréniques ou des déficits attentionnels avec ou sans hyperactivité. Ces mécanismes résultent des interactions de plusieurs aires cérébrales, corticales et sous-corticales. Notamment, les réseaux pariétaux et pré-frontaux sont centraux dans le contrôle de ces mécanismes. Basés sur des résultats précédents acquis au sein du groupe, nous proposons de tester une hypothèse originale. Dans cette hypothèse, le cortex préfrontal, qui biaise le traitement des informations sensorielles dans les réseaux cérébraux sensoriels et décisionnels, doit être en mesure de mesurer l’effet de ses propres modulations pour les ajuster en ligne aux besoins de la tâche. Nous postulons donc l’existence de boucles de rétro-contrôle attentionnelles médiées par les interactions fortes entre cortex pariétaux et frontaux et permettant d'ajuster en ligne la force du contrôle cognitif.

Bénéfices attendus

Ce projet portera des bénéfices à différentes échelles. Il permettra l’élargissement des connaissances sur les réseaux pariéto-frontaux impliqués dans les comportements complexes impliquant du control cognitif. Coupler des approches d’électrophysiologie et de manipulations ciblées permettra de mieux appréhender les influences réciproques et les fonctions associées au sein des réseaux pariéto-frontaux. Les processus cognitifs empruntent des termes de la psychologie qui n’ont pas nécessairement de corrélats neuronaux clairs alors qu'il est maintenant admis que les fonctions cognitives émergent d’interactions corticales complexes. En liant clairement des fonctions cognitives à des processus neuronaux aux seins de réseaux corticaux, ce projet permettra une meilleure définition des processus cognitifs et devrait ainsi avoir un impact fondamental sur notre connaissance de la cognition humaine. De plus, nous proposons une hypothèse originale concernant le contrôle exécutif des processus cognitifs. Cette hypothèse est à même d’éclairer les mécanismes défectueux dans certains aspects de troubles comportementaux hautement débilisant tels les troubles déficitaires de l’attention, la schizophrénie ou la dépression.

Procédures

Anesthésies pour Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) (1 à 3 par animal sur la durée du projet, 1h30/intervention) Anesthésies pour CT scan (1 à 3 par animal sur la durée du projet, 20 minutes/intervention). Chirurgies d'implantations (2 à 4 par animal sur la durée du projet, 4 à 8 heures par intervention). Entrainement à réalisation de tâches comportementales (1 à 2 heures par séance, 5 séances par semaines). Acquisition de données électrophysiologiques simultanément dans plusieurs aires corticales (1 à 3 heures par jours, 5 à 7 jours/semaines). Définir la durée en nombre de semaines des phases d'apprentissage et d'acquisition de données est compliquée pour les raisons suivantes: - cette durée dépend énormément de chaque individus et du temps nécessaire pour habituer les animaux à chaque étape sans induire de stress excessif (certains apprennent très vite et d'autre moins voire pas du tout). - cette durée dépend de la quantité et de la qualité de données acquises à chaque séance, qui dépendent de facteurs incontrollables. - cette durée dépend d'un ensemble d'évènements externes imprevisibles et intrinsèques à l'utilisation des primates non-humains.

Impact sur les animaux

Ce projet impliquera des macaques soumis à des procédures classées légères ou modérées en termes de sévérité. Plusieurs étapes de ce protocole sont susceptibles de causer une gêne ou un stress aux animaux : 1. Mise en chaise et manipulation initiale : Lors des premières sessions, le fait de placer les animaux dans une chaise de transport, en les manipulant à l’aide d’une canne depuis leur lieu d’hébergement, pourra induire un stress. : La durée de cette phase d’adaptation dépendra de la vitesse d'apprentissage de animaux. D'expérience, cette phase peut s'étendre sur plusieurs semaines. 2. Contention de la tête : La restriction des mouvements de la tête, rendue nécessaire pour les acquisitions électrophysiologiques et le contrôle de la position du regard, constituera une source de stress, notamment au début. 3. Contrôle hydrique partiel : Le contrôle hydrique partiel (qui ne sera utilisé qu'en dernier recours si des méthodes de motivation alternatives échouent) pourrait entraîner du stress, une déshydratation, une perte d’appétit et, par conséquent, une perte de poids pendant la durée de l’expérience. 4. Anesthésie et intubation : Les procédures d’anesthésie et d’intubation, nécessaires pour réaliser les examens d’IRM, de CT-scan et les chirurgies pourront provoquer des douleurs postopératoires pendant plusieurs jours. Ces interventions comportent également des risques d’hémorragie, d’infection, de perte de température corporelle. 5. Douleur et infection postopératoires : après les actes chirurgicaux, les animaux pourraient ressentir de la douleur et développer des infections liées à ces interventions. 6. Isolement postopératoire : Un isolement postopératoire sans contact physique avec leurs congénères (en fonction d’éventuelles complications), pourrait générer un stress supplémentaire. 7. Infection des implants : des infections sont susceptibles de se développer au niveau des implants transcutanés (chambre, plot de tête et connecteur de matrices). 8. Inactivations réversibles : Les inactivations réversibles, bien que temporaires (moins de 24 heures), pourraient altérer la perception visuelle des animaux pendant quelques heures.

Devenir

A la fin du projet, les animaux seront experts dans la réalisation de tâches comportementales complexes. De plus, les implants peuvent avoir une durée de vie qui va au-delà de la durée d'un projet. En fonction du déroulé du projet et en accord avec la Structure responsable du Bien Etre Animal (SBEA) et l'équipe vétérinaire, les animaux seront réutilisés dans d'autres projets permettant de réduire le nombre d'animaux utilisés.

Remplacement

Le projet implique l'utilisation d'animaux, car il n’existe à ce jour aucune méthode alternative permettant de répondre aux objectifs du projet. Les simulations informatiques, les organes sur puce et les cultures cellulaires ne permettent pas d’étudier, dans un organisme vivant, les substrats neuronaux de comportements complexes tels que le contrôle cognitif. Ces processus reposent sur l’activité coordonnée dans un contexte comportemental de réseaux cérébraux distribués, engagés dans des interactions dynamiques à l’échelle de l’ensemble de l’organisme. Les techniques électrophysiologiques utilisées ici permettent d’enregistrer l’activité de neurones unitaires avec une résolution spatio-temporelle fine. Bien qu’elles puissent être utilisées dans certains contextes cliniques, elles restent trop invasives pour être déployées chez l’être humain dans une démarche expérimentale. Le recours au macaque est justifié par la grande proximité de son cerveau avec celui de l’être humain, tant sur le plan anatomique que fonctionnel, notamment pour les circuits pariéto-frontaux et visuels impliqués dans l’attention, la mémoire de travail et le contrôle cognitif. Les dysfonctionnements des circuits pariéto-frontaux et visuels sont impliqués dans des troubles neurodéveloppementaux humains très invalidants, tels que les troubles de l’attention avec ou sans hyperactivité. Le macaque est en outre capable de réaliser des tâches oculomotrices similaires à celles réalisées par des humains. Il représente ainsi le modèle animal le plus pertinent pour étudier les mécanismes neuronaux du contrôle cognitif à l’échelle du neurone unique et des populations neuronales, dans un cadre expérimental impossible à mettre en œuvre chez l’humain.

Réduction

Les interventions chirurgicales prévues comportent certains risques. Nous prévoyons d’inclure au maximum six animaux dans cette étude, en fonction de leur manière de réaliser les tâches comportementales proposées. Les capacités d'apprentissage, les stratégies cognitives et le nombre d'essais réalisés par séance sont très variables chez chaque individu. Il est donc possible que les objectifs scientifiques puissent être atteingnables avec trois animaux uniquement. La puissance statistique provient de la quantité de données acquises chez chaque animal, et non pas de la taille de la cohorte d'animaux Ainsi, si les données recueillies (activité cérébrale et comportement) sont suffisantes pour obtenir des résultats fiables avec trois animaux, aucun autre animal ne sera utilisé. Pour chaque animal, des dispositifs expérimentaux innovants permettront d’enregistrer l’activité de nombreux neurones dans différentes zones du cerveau en même temps. Cette méthode permet de recueillir beaucoup d’informations lors d’une même séance, ce qui réduit le nombre de séances nécessaires et la durée des enregistrements. Les enregistrements seront répétés sur plusieurs semaines afin d’observer un plus grand nombre de neurones et d’obtenir des résultats scientifiques solides. La durée totale des enregistrements pour chaque animal dépendra du nombre de neurones pouvant être enregistrés chaque jour. Elle ne peut donc pas être fixée à l’avance, mais sera limitée au temps strictement nécessaire pour atteindre les objectifs de l’étude.

Raffinement

Tous les hébergements répondent ou dépassent les exigences de la directive européenne 2010/63 sur l’utilisation des animaux à des fins scientifiques. Le suivi sanitaire est effectué par une équipe vétérinaire spécialisée dans le traitement des PNH. Les animaux sont hébergés dans une unité composée d’une volière centrale de 3 m de hauteur et de cages latérales. Le sol de la volière est couvert de copeaux de bois dans lequel ils recherchent de la nourriture. La cage et volière sont enrichies de perchoirs, de cordes et de jeux suspendus, pour favoriser les comportements exploratoires. Les singes sont hébergés en groupes sociaux de 2 à 4 individus et séparés uniquement pendant les heures d’entrainement. Leur pièce d’hébergement est éclairée par un mélange de lumière artificielle (cycle jours/nuit) et de la lumière naturelle. Des méthodes de renforcement positif (training et habituation) seront utilisées tout au long du protocole afin de réduire le stress des sujets. L'IRM anatomique et le CT-SCAN pré-chirurgicaux permettent de mieux planifier l’implantation des implants crâniaux afin de limiter l’invasivité de la procédure. Ces examens seront réalisés sous anesthésie générale afin de s'assurer de l'inconscience de l'animal, réduisant de fait le stress de l'animal lors de leur réalisation. Lors d'interventions chirurgicales, en plus de l'anesthésie, un analgésique sera administré et prolongé en période post-opératoire. Les tâches comportementales seront adaptées à la motivation et à l’état de chaque animal afin de limiter les situations d’échec, de frustration ou de stress excessif. Les techniques d'enregistrements simultanés de grande quantité de neurones permettent de réduire (i) le nombre d'essais nécessaires, (ii) le temps d'acquisition globale de l'expérience et (iii) le temps de chaque séance quotidienne. Des points limites précoces et adaptés seront appliqués tout au long du protocole.

Choix des espèces

Le primate non humain, en particulier le macaque (Rhésus), est utilisé pour la proximité anatomo-fonctionnelle de son cerveau avec celui de l’humain, notamment pour les réseaux pariéto-frontaux impliqués dans l’attention, la mémoire de travail et le contrôle cognitif. Ces réseaux sont particulièrement développés chez les primates par rapport à d'autres mammifères. Les macaques constituent le modèle animal le plus pertinent pour étudier les bases neuronales de fonctions cognitives de haut niveau dans des conditions expérimentales compatibles avec les objectifs du projet. Seuls des animaux jeunes adultes ou adultes seront utilisés, afin de disposer d’un cerveau mature et de performances comportementales stables, compatibles avec l’apprentissage des tâches cognitives prévues.

Deux heures d'anesthésie pour une IRM, avec des nausées, des vomissements et des troubles respiratoires ou cardiovasculaires donnés comme effets secondaires fréquents, puis quatre heures de chirurgie et des douleurs post-opératoires transitoires. 6 macaques, trois rhésus et trois à longue queue, âgés de 4 à 8 ans, sont utilisés dans cette seconde partie du projet, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, et tous sont tués pour l'étude post-mortem de leur cerveau. S'y ajoutent une heure hebdomadaire de contention pour un test de préhension de nourriture et des séances d'enregistrement des cellules nerveuses, afin de mesurer l'effet d'une surexpression de calbindine sur les circuits moteurs. Les retombées restent lointaines, le porteur écrivant que ces travaux "pourraient aider à identifier de nouvelles pistes" à moyen terme, quand les quatre heures de chirurgie et les un à deux mois d'habituation à l'animalerie sont, eux, programmés.

Objectifs

Cette étude se déroulera sur deux établissements utilisateurs. L’objectif de ce projet est de mieux comprendre le rôle d’une protéine impliquée dans la régulation du calcium, la calbindine, élément essentiel au bon fonctionnement des neurones. Nous étudions son action dans un circuit du cerveau impliqué dans le contrôle des mouvements, un circuit souvent touché dans des maladies neurodégénératives. Chez les rongeurs, un manque de cette protéine fragilise les neurones, tandis que le rétablissement de sa production sur des cellules en culture semble les protéger. Chez le macaque, nos travaux montrent qu’elle pourrait aussi jouer un rôle important dans le contrôle de la motricité.

Bénéfices attendus

Nous étudions son action dans un réseau cérébral impliqué dans le contrôle des mouvements, un réseau souvent perturbé dans les maladies neurodégénératives. En obtenant des résultats chez le macaque, nous cherchons à comprendre comment cette protéine influence la santé des neurones et le bon fonctionnement des circuits responsables de la motricité. À moyen terme, ces travaux pourraient aider à identifier de nouvelles pistes pour mieux traiter certains troubles moteurs.

Procédures

IRM (EU2, 2 heures), la chirurgie (EU1, 4 heures), enregistrements des cellules nerveuses (1 heure par séance). Prélèvements sanguins potentiels (15 minutes, 1 fois par semaine). Tests comportementaux (EU1, 1 heure/hebdomadaire).

Impact sur les animaux

Les effets indésirables sont liés à l’anesthésie pour l’IRM (2 heures, effets secondaires fréquents tels que nausées, vomissements, ainsi que des troubles respiratoires ou cardiovasculaires) et la chirurgie (4 heures, douleurs post-opératoires transitoires). Les nuisances sont liées aux prélèvements sanguins (15 minutes, stress modéré lié à l’immobilisation et à l’environnement expérimental) ainsi qu’a la contention pendant le test comportemental de préhension de nourriture (1 heure, stress modéré lié à l’immobilisation et à l’environnement expérimental) ainsi que pour les enregistrements électrophysiologiques (1h, stress lié à l’immobilisation).

Devenir

Tous les animaux sont euthanasiés à la fin de la procédure pour une étude post-mortem du cerveau.

Remplacement

Ce projet recourt exclusivement à l’utilisation du primate non humain (PNH) car il n’existe pas de modèles mathématiques valides et réalistes permettant d’étudier les lésions dues à de tels symptômes moteurs. Nous recherchons à travers l’utilisation des modèles animaux complexes et intégrés à coller à la réalité de la pathologie humaine, impossible à trouver dans des modèles cellulaires. De ce fait, le recours à l’animal, tout d’abord le rongeur (données de la littérature), puis ici, le PNH (du fait de sa proximité avec l’homme) pour étudier les mécanismes impliqués dans ces processus lésionnels et réparateurs est une étape préliminaire nécessaire à la mise en place de nouvelles thérapies.

Réduction

Nos modèles sont générés sur un plateau de haute technicité nous permettant la manipulation des animaux dans les meilleures conditions et une grande reproductibilité dans les différents modèles, ce qui limite le nombre d'animaux.

Raffinement

Un protocole d’acclimatation et d’habituation progressif des singes à leur nouvel environnement d’animalerie est mis en place pendant 1 à 2 mois. Les chirurgies sont faites sous anesthésie générale et avec une couverture antalgique permettant de réduire le plus possible les douleurs ressenties, des soins appropriés en cas d’atteinte de points limites sont prodigués, avec un scoring permettant de décider des actions conservatoires à apporter. Les compléments alimentaires, lait enrichi et jus sont quelques outils dont nous disposons, nous permettant de concourir à l’amélioration de l’état de santé de nos animaux. Les chirurgies sont faites sous anesthésie générale et avec une couverture antalgique permettant de réduire le plus possible les douleurs ressenties. Pendant le transport pour réaliser l’IRM, le singe est maintenu au chaud sous une couverture et bordé d’une bouillotte, ses paramètres vitaux sont surveillés.

Choix des espèces

Le choix du macaque se justifie par la proximité phylogénétique, anatomique et fonctionnelle de son système nerveux central avec celui de l’Homme, en particulier au niveau du contrôle moteur. Contrairement aux modèles de rongeurs, le macaque présente une spécialisation des circuits moteurs hautement comparable à celles observées chez l’humain. Ce modèle permet ainsi une investigation plus fine des corrélats neurobiologiques de la motricité et une meilleure transposabilité des résultats, notamment pour l’étude des mécanismes physiopathologiques et l’identification de cibles thérapeutiques pertinentes. Le choix du stade de développement adulte se justifie par la nécessité d’étudier un système nerveux central pleinement maturé, caractérisé par une organisation stabilisée des circuits nerveux et une homéostasie calcique comparable à celle observée chez l’adulte humain. Les animaux ont en général entre 4 et 8 ans, en fonction de leur origine. Par ailleurs, les troubles moteurs associés aux maladies neurodégénératives surviennent majoritairement à l’âge adulte, rendant ce stade développemental particulièrement pertinent pour garantir la validité translationnelle des résultats.

6 macaques, trois à longue queue et trois rhésus, vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, tous tués à l'issue pour une étude post-mortem du cerveau. Chacun subit deux heures d'IRM sous anesthésie, quatre heures de chirurgie, des séances d'une heure d'enregistrement de ses cellules nerveuses, des prélèvements de sang hebdomadaires de quinze minutes et un test comportemental de préhension de nourriture d'une heure par semaine, sous contention. Il s'agit d'observer l'effet d'une surexpression de calbindine, protéine de régulation du calcium, sur un circuit cérébral du contrôle des mouvements. Sur le remplacement, le porteur écrit qu'il n'existe pas de "modèles mathématiques valides et réalistes" pour cette question et que le recours au primate non humain, "du fait de sa proximité avec l'homme", constitue "une étape préliminaire nécessaire" aux thérapies visées.

Objectifs

Cette étude se déroulera sur deux établissements utilisateurs. L’objectif de ce projet est de mieux comprendre le rôle d’une protéine impliquée dans la régulation du calcium, la calbindine, élément essentiel au bon fonctionnement des neurones. Nous étudions son action dans un circuit du cerveau impliqué dans le contrôle des mouvements, un circuit souvent touché dans des maladies neurodégénératives. Chez les rongeurs, un manque de cette protéine fragilise les neurones, tandis que le rétablissement de sa production sur des cellules en culture semble les protéger. Chez le macaque, nos travaux montrent qu’elle pourrait aussi jouer un rôle important dans le contrôle de la motricité.

Bénéfices attendus

Nous étudions son action dans un réseau cérébral impliqué dans le contrôle des mouvements, un réseau souvent perturbé dans les maladies neurodégénératives. En obtenant des résultats chez le macaque, nous cherchons à comprendre comment cette protéine influence la santé des neurones et le bon fonctionnement des circuits responsables de la motricité. À moyen terme, ces travaux pourraient aider à identifier de nouvelles pistes pour mieux traiter certains troubles moteurs.

Procédures

IRM (EU2, 2 heures), la chirurgie (EU1, 4 heures), enregistrements des cellules nerveuses (1 heure par séance). Prélèvements sanguins potentiels (15 minutes, 1 fois par semaine). Tests comportementaux (EU1, 1 heure/hebdomadaire).

Impact sur les animaux

Les effets indésirables sont liés à l’anesthésie pour l’IRM (2 heures, effets secondaires fréquents tels que nausées, vomissements, ainsi que des troubles respiratoires ou cardiovasculaires) et la chirurgie (4 heures, douleurs post-opératoires transitoires). Les nuisances sont liées aux prélèvements sanguins (15 minutes, stress modéré lié à l’immobilisation et à l’environnement expérimental) ainsi qu’a la contention pendant le test comportemental de préhension de nourriture (1 heure, stress modéré lié à l’immobilisation et à l’environnement expérimental) ainsi que pour les enregistrements électrophysiologiques (1h, stress lié à l’immobilisation).

Devenir

Tous les animaux sont euthanasiés à la fin de la procédure pour une étude post-mortem du cerveau.

Remplacement

Ce projet recourt exclusivement à l’utilisation du primate non humain (PNH) car il n’existe pas de modèles mathématiques valides et réalistes permettant d’étudier les lésions dues à de tels symptômes moteurs. Nous recherchons à travers l’utilisation des modèles animaux complexes et intégrés à coller à la réalité de la pathologie humaine, impossible à trouver dans des modèles cellulaires. De ce fait, le recours à l’animal, tout d’abord le rongeur (données de la littérature), puis ici, le PNH (du fait de sa proximité avec l’homme) pour étudier les mécanismes impliqués dans ces processus lésionnels et réparateurs est une étape préliminaire nécessaire à la mise en place de nouvelles thérapies.

Réduction

Nos modèles sont générés sur un plateau de haute technicité nous permettant la manipulation des animaux dans les meilleures conditions et une grande reproductibilité dans les différents modèles, ce qui limite le nombre d'animaux.

Raffinement

Un protocole d’acclimatation et d’habituation progressif des singes à leur nouvel environnement d’animalerie est mis en place pendant 1 à 2 mois. Les chirurgies sont faites sous anesthésie générale et avec une couverture antalgique permettant de réduire le plus possible les douleurs ressenties, des soins appropriés en cas d’atteinte de points limites sont prodigués, avec un scoring permettant de décider des actions conservatoires à apporter. Les compléments alimentaires, lait enrichi et jus sont quelques outils dont nous disposons, nous permettant de concourir à l’amélioration de l’état de santé de nos animaux. Les chirurgies sont faites sous anesthésie générale et avec une couverture antalgique permettant de réduire le plus possible les douleurs ressenties. Pendant le transport pour réaliser l’IRM, le singe est maintenu au chaud sous une couverture et bordé d’une bouillotte, ses paramètres vitaux sont surveillés.

Choix des espèces

Le choix du macaque se justifie par la proximité phylogénétique, anatomique et fonctionnelle de son système nerveux central avec celui de l’Homme, en particulier au niveau du contrôle moteur. Contrairement aux modèles de rongeurs, le macaque présente une spécialisation des circuits moteurs hautement comparable à celles observées chez l’humain. Ce modèle permet ainsi une investigation plus fine des corrélats neurobiologiques de la motricité et une meilleure transposabilité des résultats, notamment pour l’étude des mécanismes physiopathologiques et l’identification de cibles thérapeutiques pertinentes. Le choix du stade de développement adulte se justifie par la nécessité d’étudier un système nerveux central pleinement maturé, caractérisé par une organisation stabilisée des circuits nerveux et une homéostasie calcique comparable à celle observée chez l’adulte humain. Les animaux ont en général entre 4 et 8 ans, en fonction de leur origine. Par ailleurs, les troubles moteurs associés aux maladies neurodégénératives surviennent majoritairement à l’âge adulte, rendant ce stade développemental particulièrement pertinent pour garantir la validité translationnelle des résultats.

Sept macaques, quatre crabiers et trois rhésus, vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, tous tués à l'issue pour l'analyse post-mortem de leur cerveau. Ils subissent une restriction hydrique pendant douze à vingt-quatre mois, une chirurgie de pose d'implant crânien de quatre à six heures, parfois répétée sur l'autre hémisphère en cas d'infection, puis des séances quotidiennes d'enregistrement neuronal d'une à deux heures pendant six à huit mois. Le porteur liste les risques encourus : œdème cérébral, accident vasculaire lors de la descente des électrodes dans le cerveau, infection au site d'implantation. Le projet vise à créer chez le primate non humain un modèle de troubles compulsifs par inactivation de neurones du striatum, démarche que le porteur juge "indispensable" pour extrapoler aux aptitudes humaines.

Objectifs

Nous nous intéressons aux mécanismes neuronaux qui contrôlent l’adaptation du comportement de l'organisme aux contraintes changeantes de l’environnement (flexibilité comportementale). Plus précisément, nous étudions la contribution d'une région du cerveau appelée striatum, située sous le cortex cérébral, qui est censée intervenir dans la flexibilité comportementale. L’innervation cholinergique de cette région est altérée dans des pathologies neuropsychiatriques où prédominent des signes compulsifs (tics, stéréotypies, persévérations). La libération d’acétylcholine dans le striatum est assurée par un groupe spécifique d'interneurones cholinergiques (INChs) dont le dysfonctionnement est associé à un manque de flexibilité comportementale et à la manifestation de compulsions. Ainsi, une diminution de densité en INChs est décrite dans le striatum de patients atteints du syndrome de Gilles de la Tourette et des études chez le rongeur indiquent que l'inactivation des INChs perturbe l'adaptation des animaux à des changements de contexte. Les informations traitées par le striatum sont transmises aux circuits de commande du comportement par les neurones de projection qui influencent les commandes comportementales. L'adaptation comportementale résulterait de la mise en jeu coordonnée de ces neurones, sous contrôle des INChs. Les connaissances acquises chez le rongeur ne permettent pas de déterminer comment les INChs exercent ce contrôle. Notre projet vise à (1) déterminer la connectivité entre des populations distinctes de neurones du striatum; (2) examiner les interactions fonctionnelles entre ces populations; (3) établir si l'inactivation sélective des INChs induit des signes compulsifs assimilables à ceux observés chez l'humain. Pour cela, nous utilisons des approches expérimentales innovantes de marquage de populations neuronales distinctes dans le striatum, d’enregistrements simultanés de ces populations neuronales et d’inactivation des INChs par un procédé de ciblage sélectif de ces interneurones par utilisation d'outils génétiques.

Bénéfices attendus

Les troubles compulsifs sont une cause majeure de handicap dans bon nombre de maladies neuropsychiatriques. A n’en pas douter, les progrès à venir dans la compréhension et le traitement de ces anomalies passeront par une meilleure connaissance des mécanismes neuronaux sous-jacents. Dans cette perspective, la piste d'une anomalie de la neuromodulation cholinergique au niveau du striatum, une région profonde du cerveau, est actuellement privilégiée. On suppose qu'un défaut du signal cholinergique perturbe les informations transmises par le striatum aux circuits de commande comportementale qui aboutirait à l'expression de conduites inadaptées. Notre projet vise à préciser les bases anatomiques et physiologiques de cette régulation. Un aspect innovant de notre projet est le développement d'une méthode d'inactivation sélective des interneurones du striatum à la source du signal cholinergique à l'aide d'outils génétiques. Cet aspect du projet offre la possibilité de créer un modèle de troubles compulsifs chez le primate non humain permettant d'appréhender précisément la signification fonctionnelle de ce signal. Cette recherche fondamentale ouvre des perspectives prometteuses pour de nouvelles thérapies chez l'humain destinées à compenser un contrôle cholinergique défaillant dans les troubles compulsifs.

Procédures

(1) Contrôle hydrique pendant toute la durée des expériences (12 à 24 mois). (2) Examen IRM d'environ 2 h. (3) chirurgie pour la pose d'un implant crânien sur un hémisphère cérébral, suivi éventuellement d'une seconde implantation sur l'autre hémisphère dans le cas d'un incident (infection et/ou inflammation) obligeant à retirer le premier implant). Ce type de chirurgie dure de 4 à 6 heures. (4) enregistrements de l'activité neuronale chez le singe effectuant une tâche instrumentale au cours de séances quotidiennes de 1 à 2 h pendant 6 à 8 mois (5) injections de vecteurs viraux sous anesthésie générale conformément à un plan d'injection défini sur la base de l'examen IRM et du repérage électrophysiologique. Selon le nombre de sites d'injection (striatum et/ou globus pallidus), les injections durent entre 2 et 3 heures.

Impact sur les animaux

1) la restriction hydrique; (2) la capture des animaux depuis leur site d’hébergement, leur transfert au laboratoire et la contention de la tête sont source de stress dans les premiers temps de ces manipulations; (3) l'anesthésie générale présente des risques d'incident cardiaque ou respiratoire; (4) la chirurgie crânienne présente des risques d'infection au site d'implantation ou d'oedème cérébral; (5) la descente d'électrodes ou de canules d'injection dans le cerveau présente des risques d'infection ou d'accident vasculaire cérébral; (6) le maintien à long terme d'un implant crânien présente des risques liés au développement d'une infection ou de réactions inflammatoires au site d'implantation.

Devenir

Notre projet implique une analyse post-mortem de la connectivité entre différents types de neurones striataux et une évaluation de l'expression d'un transgène (DREADD) dans les INChs. Chaque animal sera mis à mort à l'issue de la procédure expérimentale.

Remplacement

Nos recherches portent sur la contribution de l’innervation cholinergique du striatum dans la flexibilité comportementale. L’approche expérimentale consiste à décrire le schéma des connexions anatomiques au sein du striatum, à corréler des indices de la flexibilité comportementale à l’activité électrophysiologique et à examiner les conséquences d’une inactivation cholinergique sur le comportement. Une telle approche exclut toute alternative basée sur des modèles in vitro (tranches de tissu, cultures de cellules ou cellules dissociées) ou sur l’animal anesthésié. Les neurosciences computationnelles permettent d’élaborer des modèles utiles pour la compréhension des processus sensorimoteurs ou cognitifs. Ces modèles tirent parti des données neurophysiologiques, acquises chez l'animal comme chez l'humain, et fournissent des hypothèses de travail ou des cadres d'interprétation utiles pour guider la recherche, mais en aucun cas ils ne peuvent remplacer l'expérimentation. De plus, un modèle computationnel, aussi sophistiqué soit-il, est une approximation de la complexité neurobiologique susceptible d'être améliorée sur la base des nouvelles données acquises.

Réduction

Nous avons restreint autant que possible le nombre d'animaux impliqués dans le projet tout en restant compatible avec l'exigence d'analyses statistiques fiables. Pour cela, l'analyse électrophysiologique des populations neuronales du striatum sera faite chez les mêmes singes qui seront ensuite utilisés pour les injections de vecteurs viraux. Pour l’électrophysiologie, l'analyse porte sur des échantillons de neurones enregistrés lors de séances quotidiennes, pendant plusieurs mois. L'analyse est d'abord faite pour chaque animal et les données sont ensuite groupées. Ce "pooling" permet d'augmenter la puissance statistique, en particulier si les échantillons de neurones disponibles pour chaque animal sont trop faibles. Nous complétons cette analyse globale par une analyse cas par cas si les performances et les données neuronales divergent trop entre les sujets. Afin de réduire le nombre d’animaux pour étudier la connectivité entre neurones striataux, nous réaliserons les injections de vecteurs viraux dans les 2 hémisphères cérébraux de chaque singe. Comme les projections des neurones de sortie striataux vers le globus pallidus sont strictement ipsilatérales, on ne risque pas d'induire de chevauchement des marquages en intervenant sur chacun des hémisphères.

Raffinement

Tout est mis en oeuvre pour favoriser la coopérativité de l'animal dans les expériences de conditionnement, d'enregistrement et d'inactivation pharmacogénétique. Pour diminuer le stress des animaux au début de certaines phases de la procédure expérimentale (capture, contention de la tête), on les habitue progressivement aux contraintes imposées. A l'animalerie, les animaux sont hébergés en duo ou trio, selon les affinités, dans un environnement enrichi qui inclut l'accès à une volière munie d'objets à manipuler, de perchoirs et de cordages. Les interventions sources de douleur (implantation crânienne, injections intracérébrales, perfusion intracardiaque) sont effectuées sous anesthésie générale. Les chirurgies crâniennes sont suivies d'un traitement analgésique morphinique en période post-opératoire immédiate. Tout constat d'anomalie affectant l'état général de l'animal en cours d'expérience donnera lieu, sous anesthésie ou sédation profonde, à un examen complémentaire par le vétérinaire pour auscultation et/ou prélévements sanguins. Les éventuels épisodes inflammatoires ou infectieux au site d'implantation donneront lieu à des traitements locaux adaptés. Les points limites définis dans le cadre des différentes étapes de notre procédure expérimentale seront pris en considération pour décider de l'interruption de l'expérimentation afin de mettre en oeuvre une prise en charge thérapeutique adaptée, impliquant notamment le retrait du dispositif implanté, ou l'euthanasie de l'animal si son état s'est trop dégradé en dépit des soins.

Choix des espèces

L'analyse des anomalies comportementales après inactivation expérimentale chez le rongeur n'est jamais aussi détaillée que celle faite chez le singe. Les spécificités du répertoire comportemental des primates font du macaque rhésus un bon modèle pour l'expression de compulsions semblables à celles qui se manifestent chez l'humain. Une abondante littérature atteste de la similitude d’organisation des circuits qui relient le cortex préfrontal au striatum chez le macaque rhésus et l'humain. Il est donc indispensable d’étudier les supports neuronaux des fonctions de planification et de sélection de l'action chez le singe pour extrapoler aux aptitudes humaines et à leur dérèglement en pathologie. De plus, les tests comportementaux sont proches de ceux employés chez l'humain (mouvements d'atteinte de cibles avec la main) et les données électrophysiologiques recueillies à l’échelle neuronale chez le singe sont un complément précieux aux mesures plus globales, non invasives, de l'activité cérébrale chez l'humain. Nous utilisons des animaux dans une gamme de poids 6 à 12 kg dont la morphologie crânienne est compatible avec la mise en place chirurgicale de la chambre d'enregistrement et du dispositif de fixation de la tête.

Jusqu'à cinquante examens IRM de deux heures et cent prélèvements sanguins par animal sur cinq ans, sous anesthésie répétée : 12 macaques, six à longue queue et six rhésus, sont utilisés dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré. Contrairement à la plupart des projets, ils ne sont pas tués à l'issue mais réutilisés dans de nouveaux projets après avis vétérinaire. Le porteur reconnaît que la contention et les suites de l'anesthésie peuvent nuire aux animaux et entraîner une perte de poids, et que le lithium administré peut endommager la fonction rénale. L'étude vise à développer des méthodes d'imagerie métabolique du cerveau.

Objectifs

De nombreuses pathologies cérébrales, neurodégenératives ou psychiatriques, présentent des altérations précoces du métabolisme énergétique, de la neurotransmission ou de la physiologie cellulaire notamment des gradients ioniques transmembranaires. De nouvelles approches d’imagerie par résonance magnétique à haut champ offrent des perspectives prometteuses pour l’étude non-invasive de ces processus physiologiques et biochimiques. Cette multitude d’informations pourraient aider dans la compréhension des processus physiopathologiques en cours dans de nombreuses maladies cérébrales et pour l’évaluation de nouvelles thérapies. Notre projet vise à repousser les limites de l’imagerie métabolique par RMN à travers le développement et la validation d’outils dédiés à l’IRM à haut champ, notamment les schémas d’acquisition optimisés pour les différents noyaux d’intéret en recherche biomédicale et observables in vivo. Nous mènerons des expériences chez le primate non-humain anesthésié pour développer et valider de nouveaux outils d’imagerie cérébrale. En particulier, ces outils serviront à détecter et cartographier la distribution cérébrale en lithium, un élément possédant des propriétés neuroprotectrices et régulateur de l’humeur, chez des animaux auxquels auraient été administrées un traitement aigüe ou chronique aux sels de lithium à des doses thérapeutiques. D’autre part, ces méthodes seront mises en œuvre pour étudier l’activation cérébrale chez l’animal.

Bénéfices attendus

Les méthodes validées et données de référence acquises à l’occasion de ce projet seront utiles pour aider dans la compréhension des processus physiologiques et biochimiques en condition normales et préfigurer les études de recherche biomédicale chez l’Homme par IRM à ultra-haut champ magnétique qui pourraient à terme participer à l’évaluation de nouvelles thérapies.

Procédures

Dans certains cas, des prélèvements sanguins (de quelques secondes) pourront être réalisés chez l’animal anesthésié (juste avant ou juste après l’examen IRM). Le projet prévoit des examens IRM chez l’animal anesthésié à une fréquence maximale bimensuelle et une durée typique de 120 minutes. En pratique, nous envisageons moins de 50 examens IRM et moins de 100 prélèvements sur 5 ans pour chaque animal.

Impact sur les animaux

Les examens IRM sont en eux-mêmes non-invasifs. Par contre, le stress de la contention et les contrecoups de l’anesthésie peuvent être délétères entrainant une possible perte de poids. A long terme ou en cas de surdosage, les sels de lithium peuvent etre délèteres à la fonction rénale.

Devenir

Après avis favorable du vétérinaire, les animaux pourront être réutilisés dans de nouveaux projets.

Remplacement

Nos tests préliminaires seront systématiquement menés sur des objet-tests aux dimensions et caractéristiques électromagnétiques comparables à celles d’un cerveau de macaque adulte. Toutefois, aucun objet-test ne reproduit la complexité anatomique, fonctionnelle et métabolique du cerveau. Le passage par l’expérimentation animale demeure donc une nécessité.

Réduction

Nous comptons utiliser une douzaine de macaques (mâles et femelles), nombre suffisant à la mise au point de nos méthodes et à l’acquisition de données de référence. Les analyses statistiques nécessaires à la validation de nos méthodes, notamment pour l’évaluation de leur reproductibilité et l’établissement de valeurs/images de référence seront déployées. Dans la mesure du possible, nous comptons utiliser des macaques ayant déjà participé à d’autres projets de recherche afin de limiter globalement le nombre de PNH nécessaires en recherche biomédicale.

Raffinement

Les animaux seront hébergés en groupe sociaux stables. Les animaux seront anesthésiés lors des examens RMN et leurs paramètres physiologiques (température corporelle, nombre de respirations par minute) seront suivis en continu afin d’éviter tout effet négatif ou inconfort pour les animaux. Le réveil après les anesthésies est également surveillé de près pour s’assurer que l’animal récupère bien et se nourrit. Les animaux sont suivis régulièrement afin de détecter tout indicateur de souffrance et déterminer si besoin l’arrêt de l’expérimentation en accord avec les points-limites et la structure chargée du bien-être animal et les conseils vétérinaires.

Choix des espèces

Phylogénétiquement très proche de l'homme (développement cortical et sous-cortical), le macaque permet de poursuivre le développement des méthodes préalablement mises au point chez les rongeurs dans des conditions plus proches de l'examen chez l'humain notamment en matière de résolution et d'équipement. Il s'agit d'une étape nécessaire à la validation de nos approches avant l'application chez l’Homme. Pour des raisons pratiques (équipements IRM et autres appareillages) de mise en œuvre, des animaux adultes seront examinés. Pour le macaque, dans le souci de réduire le nombre global d’animaux utilisés dans des protocoles de recherche, nous souhaitons réutiliser dans la mesure du possible des macaques adultes sains âgés de moins de 15 ans au début du projet.

Une partie des macaques provient d'autres projets, réintégrés avant leur fin de prise en charge. Ces macaques à longue queue et rhésus subissent des chirurgies lourdes, pose d'implants crâniens, de chambres et de matrices d'électrodes jusqu'à huit heures, injections intracorticales, sous un niveau de souffrance modéré. Le travail sur animal éveillé s'accompagne d'un contrôle de l'accès à l'eau pour maintenir leur motivation aux tâches visuelles. Le dossier compte 16 des 44 individus comme réutilisés et 28 comme tués, quand la justification du devenir affirme les euthanasier tous pour prélever le cerveau.

Objectifs

Certaines maladies de la rétine, comme la rétinite pigmentaire, entraînent une perte progressive de la vue, car elles détruisent peu à peu les cellules sensibles à la lumière. Pour les patients souffrant de cécité, les traitements actuels, comme les prothèses rétiniennes, ne permettent qu’une récupération partielle de la vision. Ce projet explore des méthodes innovantes qui utilisent des protéines capables de réagir à la lumière ou aux ultrasons pour « rallumer » les neurones encore présents dans la rétine ou dans le cerveau. Ces approches, appelées optogénétique et sonogénétique, pourraient offrir une nouvelle façon de restaurer la perception visuelle, même lorsque la connexion naturelle entre l’œil et le cerveau est endommagée. Les chercheurs se posent plusieurs questions importantes : est-il possible de stimuler les neurones restants de manière ciblée pour produire des signaux visuels que le cerveau puisse transformer en perception visuelle ? Les mêmes techniques peuvent-elles fonctionner si l’on agit non plus sur la rétine, mais directement sur certaines zones du cerveau qui traitent l’information visuelle? Comprendre comment ces neurones réagissent à ces stimulations pourrait ouvrir la voie à des stratégies pour restaurer la vision même dans des cas où la rétine est très endommagée. En répondant à ces questions, le projet vise non seulement à tester la faisabilité de ces nouvelles approches, mais aussi à mieux comprendre comment les différentes parties de la voie visuelle collaborent pour produire la perception de la lumière et des formes, ce qui est essentiel pour concevoir des traitements réellement efficaces pour les patients souffrant de cécité dégénérative.

Bénéfices attendus

Ce projet vise à développer de nouvelles solutions pour aider des personnes ayant perdu la vision à retrouver une perception visuelle, en transmettant directement des informations au cerveau. Aujourd’hui, environ 39 millions de personnes dans le monde souffrent de troubles visuels importants, et ce nombre devrait fortement augmenter dans les prochaines décennies en raison du vieillissement de la population. Ces déficits visuels ont un impact majeur sur l’autonomie et la qualité de vie des patients. Certaines méthodes permettent déjà d’améliorer la vision lorsque l’œil est partiellement fonctionnel. En revanche, pour les personnes dont la connexion entre l’œil et le cerveau est endommagée, comme dans le cas du glaucome, il n’existe actuellement pas de solution thérapeutique efficace. Des recherches récentes ont montré qu’il est possible d’activer des neurones du cerveau à l’aide d’ultrasons ou de lumière après une intervention de thérapie génique. Ce projet a pour but de développer et de mieux comprendre ces approches innovantes. À court terme, il permettra de démontrer que des zones du cerveau liées à la vision peuvent être activées de façon ciblée et que cette activation peut entraîner des réponses comportementales chez l’animal. À plus long terme, ces travaux pourraient contribuer au développement de dispositifs médicaux implantables, capables de stimuler directement les zones visuelles du cerveau, dans l’objectif d’offrir de nouvelles perspectives de restauration de la vision chez des patients atteints de cécité sévère.

Procédures

Tous les animaux feront l’objet de prélèvements sanguins destinés aux analyses ainsi qu’au suivi biologique (2 fois par an durant une courte anesthésie ; ~1h), incluant des examens d’hématologie, de biochimie sanguine et des analyses urinaires. La majorité des animaux seront également concernés par des interventions chirurgicales : - pour la pose d’un implant de fixation (n=28, durée ~3h) ou de la base (n=4, durée ~ 4 h) - pour la pose d’une chambre (n=14, ~4h) ou de matrices d’électrodes (n=9, durée ~8h) - pour des injections intra-corticales (n=8 pour procédure #1 et n=25 pour procédure #2 ; durée~8h) - pour la pose du crane translucide (n=5, durée ~4h) Les animaux pourront être soumis à des séances d’imagerie de fond d’œil (n=13), et d’imagerie de type IRM (n=44). Les animaux après chaque chirurgie seront hébergés dans des cages individuelles puis remis avec leurs congénères après un total rétablissement soit après 48-72 heures. Pour les acquisitions de données physiologiques sur animal anesthésié (n=12 , lots 1 à 4 de la procédure 2), une seule séance par semaine sera programmée dans une limite de 20 séances. Les tests comportementaux et les acquisitions de données physiologiques sur animal éveillé se feront 5 fois par semaine chaque animal pour une durée maximale de 6h. Lors des phases expérimentales réalisées sur des animaux éveillés (n=16), un contrôle de l’apport hydrique sera mis en place afin de maintenir leur motivation à réaliser certaines tâches. Toutefois, nous privilégierons un apprentissage par renforcement positif. Les animaux seront sortis de tout contrôle hydrique pendant au moins 5 semaines par an.

Impact sur les animaux

Dans le cadre de ce projet, les animaux seront exposés à plusieurs situations pouvant entraîner des désagréments physiques ou un stress, dont la nature et la durée peuvent varier selon les étapes de l’étude. Certaines procédures nécessitent des interventions chirurgicales réalisées sous anesthésie générale, notamment pour la pose de dispositifs sur la tête ou pour des injections ciblées dans le cerveau. Ces interventions entraîneront un inconfort et une douleur après l’opération, principalement au niveau des zones opérées, pendant une période allant de quelques jours à une semaine. L’anesthésie générale peut également provoquer une baisse temporaire de la température corporelle, ainsi qu’un ralentissement des fonctions respiratoires et cardiaques, qui nécessitent une surveillance rapprochée. Avant l’anesthésie, les animaux peuvent ressentir un stress lié à leur immobilisation et à la manipulation. Les injections nécessaires au déroulement du projet peuvent provoquer une douleur brève au point d’injection, ainsi qu’une gêne locale transitoire. La pose d’implants au niveau de la tête peut générer une gêne fonctionnelle et un inconfort durant les premiers jours suivant l’implantation, le temps que l’animal s’y adapte. Comme pour tout dispositif externe, il existe également un risque d’infection ou de détérioration de l’implant, nécessitant un suivi régulier. Lors des phases expérimentales réalisées sur des animaux éveillés, un contrôle de l’apport hydrique sera mis en place afin de maintenir leur motivation à réaliser certaines tâches. Les prélèvements sanguins réalisés dans le cadre du suivi des animaux peuvent provoquer une gêne locale de courte durée, une douleur ponctuelle au moment du prélèvement, ainsi que l’apparition occasionnelle d’un hématome au site concerné. L’ensemble de ces effets est pris en compte tout au long du projet, et leur évolution sera étroitement surveillée afin d’adapter la prise en charge des animaux et de limiter autant que possible leur inconfort.

Devenir

Tous les animaux seront euthanasiés afin de prélever leur cerveau au terme du projet pour voir où les injections et/ou enregistrements unitaires ont été effectués. Les tissus et organes seront proposés à d’autres équipes de recherche si besoin.

Remplacement

Il n’est pas possible de remplacer les animaux dans cette étude, car l’activité du cerveau ne peut pas être mesurée de manière fiable en dehors d’un organisme vivant, ni reproduite par des modèles informatiques ou des cultures de tissus isolés. Le projet porte sur le fonctionnement complet du système visuel, depuis l’œil jusqu’aux zones du cerveau qui traitent l’information visuelle. Ce fonctionnement global ne peut pas être étudié à l’aide de tissus isolés ou de simulations. Des essais préliminaires ont néanmoins déjà été réalisés sur des tissus prélevés, comme des rétines ou des échantillons de cerveaux de primates. Ces tests permettent de sélectionner les outils biologiques les plus adaptés et de limiter autant que possible les essais chez l’animal. Toutefois, des études sur l’animal vivant restent indispensables pour confirmer que cette approche pourrait fonctionner comme stratégie thérapeutique. Dans un premier temps, les chercheurs vérifieront que les zones du cerveau impliquées dans la vision réagissent correctement grâce à des enregistrements de l’activité cérébrale. Dans un second temps, les animaux apprendront à répondre à des signaux visuels simples, par exemple par des mouvements des yeux ou l’utilisation d’un joystick. Ces signaux seront ensuite remplacés par des stimulations ciblées du cerveau afin d’observer comment les animaux réagissent.

Réduction

Pour ce projet, un nombre maximal de 44 animaux est prévu, correspondant au minimum nécessaire pour obtenir des résultats scientifiques fiables. Ce nombre a été déterminé à partir de l’expérience acquise dans notre laboratoire et dans d’autres équipes menant des études comparables, ainsi que des standards habituellement requis pour interpréter correctement les données. Plusieurs mesures ont été mises en place afin de réduire autant que possible le nombre d’animaux utilisés. Tout d’abord, les mêmes animaux pourront participer à plusieurs sessions d’étude, ce qui permet de répéter les observations sur un même individu plutôt que de multiplier les animaux. Cette approche réduit le nombre total d’animaux nécessaires tout en garantissant la qualité des résultats. Par ailleurs, chaque animal pourra être étudié dans différentes situations expérimentales, ce qui permet de recueillir davantage d’informations à partir d’un même individu et de limiter la taille des groupes. Le nombre d’animaux par groupe a été fixé au minimum requis pour assurer des résultats fiables, tout en conservant une marge permettant de pallier un éventuel problème individuel. Enfin, lorsque cela sera possible, certains animaux initialement destinés à être retirés d’autres projets pourront être inclus dans cette étude avant leur fin de prise en charge. Cette démarche permet d’optimiser l’utilisation des animaux déjà engagés en recherche et contribue à limiter le recours à de nouveaux animaux. L’ensemble de ces choix s’inscrit dans une volonté claire de réduire le nombre d’animaux utilisés, tout en garantissant la solidité scientifique du projet.

Raffinement

Les animaux seront accueillis dans un établissement agréé, respectant strictement la réglementation en vigueur pour leur espèce. À leur arrivée, ils bénéficieront d’une période d’adaptation de deux semaines et seront observés chaque jour afin de s’assurer de leur bonne santé. Leur environnement sera enrichi par des aménagements adaptés et une alimentation variée, et l’hébergement en groupe sera privilégié pour favoriser leur bien-être. Avant toute expérimentation, les animaux seront progressivement habitués aux personnes qui s’en occupent. L’apprentissage des tâches se fera en priorité par des méthodes positives, basées sur la récompense. Un contrôle de l’accès à l’eau ne sera mis en place qu’en cas de nécessité scientifique, conformément aux recommandations officielles, et sera régulièrement interrompu par des périodes où l’eau est librement accessible. Les animaux concernés feront l’objet d’un suivi attentif afin de s’assurer que cela n’a aucun impact sur leur santé. Les interventions chirurgicales seront réalisées sous anesthésie générale, dans des conditions strictes d’hygiène, avec une prise en charge de la douleur adaptée. Après chaque intervention, les animaux seront surveillés étroitement et recevront un soutien nutritionnel si nécessaire. Pendant l’anesthésie, leurs fonctions vitales seront contrôlées en continu afin d’assurer leur sécurité. Des critères précis d’arrêt ont été définis pour éviter toute souffrance. Les prélèvements sanguins seront réalisés en volumes strictement limités, conformément aux recommandations en vigueur pour l’espèce.

Choix des espèces

Cette étude cherche à mieux comprendre le fonctionnement de la vision afin de développer de nouvelles solutions pour aider les personnes ayant perdu la vue. Les résultats obtenus jusqu’à présent chez de petits animaux, comme le rat, ne peuvent pas être directement appliqués à l’être humain. Il est donc nécessaire de passer par une étape intermédiaire en étudiant une espèce dont le fonctionnement du système visuel est proche de celui de l’être humain. Le système visuel des primates présente de nombreuses similitudes avec celui de l’être humain, aussi bien au niveau des yeux que du cerveau. De plus, les primates peuvent apprendre à réaliser des tâches visuelles élaborées, ce qui permet d’évaluer précisément leur perception visuelle. Leur cerveau est également accessible à des techniques d’imagerie non invasives, offrant des mesures fiables de l’activité cérébrale. Des primates adultes ou jeunes adultes seront utilisés afin de s’assurer que leur système nerveux est pleinement développé et comparable à celui de l’être humain.

Le crâne ouvert sous anesthésie pour environ six heures afin d'y implanter une chambre d'enregistrement, cinq macaques rhésus sont soumis à des enregistrements électrophysiologiques quotidiens, dans des procédures classées de souffrance modérée. Chaque animal est installé chaque jour en chaise de contention, avec un contrôle de sa consommation d'eau, cinq jours par semaine pendant six à vingt-quatre mois. Le porteur met en avant que tous les animaux sont gardés vivants à l'issue. Après une chirurgie de désimplantation, les électrodes sont pourtant laissées dans le lobe temporal, trois macaques pouvant être réutilisés et deux replacés en élevage.

Objectifs

La voix humaine est l?un de nos signaux sociaux les plus puissants. En une fraction de seconde, nous reconnaissons qui parle, percevons son ?motion et devinons son intention. Cette aptitude remarquable n?est pas propre ? l??tre humain : les macaques, les ouistitis et d?autres primates extraient eux aussi des informations sur l?identit? et l??tat affectif ? partir des vocalisations, afin de s?orienter dans leurs environnements sociaux complexes. Les ?tudes de neuroimagerie ont mis en ?vidence des ? patchs vocaux? (? voice patches ?) chez l?humain?, et plus r?cemment chez le macaque et le ouistiti, sugg?rant l?existence d?une architecture neuronale conserv?e pour le d?codage des voix, fa?onn?e par des millions d?ann?es d??volution des primates. Cependant, nous ne disposons toujours pas d?un mod?le au niveau neuronal expliquant comment les voix sont repr?sent?es dans le cerveau. L?IRM fonctionnelle permet de localiser les r?gions du cerveau sensibles ? la voix, mais ces cartes ne permettent pas d?expliquer comment les populations de neurones encodent les voix. Ce projet vise ? combler ce foss? en passant des cartes corticales aux neurones individuels chez le macaque. Le projet cartographiera les neurones s?lectifs aux voix chez n=5 macaques ? l?aide d?enregistrements des neurones ? haute densit? guid?s par IRM fonctionnelle. Il mod?lisera comment les neurones respondent aux voix ? partir de descripteurs acoustiques et de r?seaux neuronaux profonds, afin de r?v?ler les strat?gies de repr?sentation vocale chez le macaque.

Bénéfices attendus

Ce projet permettra une compr?hension unique de l?information vocale contenue dans l?activit? de populations de neurones individuels du cortex auditif secondaire. Ceci contribuera ? notre connaissance des m?canismes neuronaux de la communication, avec un impact potentiel sur le d?veloppement des nouvelles g?n?rations d?implants corticaux pour restaurer/augmenter l?audition.

Procédures

Chaque animal sera soumis aux interventions suivantes : - D?placement au centre IRM pour acquisition d'images IRM, sous anesth?sie pour une dur?e totale d'environ 3h ; - Chirurgie d'implantation de chambre d'enregistrement, sous anesth?sie, pour une dur?e d'environ 6h ; - La prise quotidienne de l'animal en chaise pour entrainement et enregistrements ?lectrophysiologiques, environ 2h, 5 jours par semaine, ainsi que le contr?le hydrique . Un maximum de 5 sessions d?imagerie par animal sera effectu? pour la localisation des aires sensibles ? la voix (limit?es ? 1 ou 2 en cas de r?sultats concluants). L?entrainement ? la t?che et l?enregistrement pendant la t?che seront effectu?s 5j/semaine pendant la dur?e de l'exp?rience, qui n'est pas d?finissable a priori. Une estimation vraisemblable serait entre 6 et 24 mois (entrainement 3- 6 mois / enregistrement 3-18 mois) selon l'avancement de l'entra?nement des animaux et la qualit? des enregistrements. Dans le cas d'un protocole d'enregistrement plus long, une prolongation serait demand?e ? la SBEA.

Impact sur les animaux

Stress li? ? la capture en cage de contention: Douleur li?e ? la piq?re pour les anesth?sies; Risques li?s ? l'anesth?sie pour l?IRMf et la chirurgie d?implantation; Irritation de la trach?e li?e ? l?intubation pour l?anesth?sie gazeuse; Douleur post-op?ratoire pour l'implantation; Possibles infections au niveau des implants.

Devenir

Tous les animaux sont gard?s en vie ? l'issue de la proc?dure. Une fois les enregistrements termin?s, les animaux subissent une chirurgie de d?-implantation du connecteur (les ?lectrodes subdurales sont laiss?es en place pour ?viter une nouvelle craniotomie). Apr?s cicatrisation et r?cup?ration, ils peuvent soit ?tre r?utilis?s dans es projets pour lesquels la pr?sence d??lectrodes dans le lobe temporal n?est pas g?nante (potentiellement 3/5), ou replac?s dans des groupes reproducteurs dans des ?levages (potentiellement n=2).

Remplacement

Le but du projet est de comprendre comment les neurones dans les aires s?lectives ? la voix du cortex auditif traitent l?information vocale. Les enregistrement de neurones isol?s dans les aires de la voix sont inexistants chez l?humain, il est donc n?cessaire d?avoir recours ? des animaux pour cette recherche.

Réduction

R?duction du nombre d?animaux au minimum (n=5) pour obtenir des r?sultats chez au moins deux (voire trois singes) sur chacune des exp?riences pr?vues sur 5 ans, ?tant donn?e la complexit? de la chirurgie qui implique un certain risque, et la possibilit? que des matrices cessent de donner du signal exploitable apr?s quelques mois. Si nous obtenons suffisamment de donn?es neurophysiologiques pour une analyse statistique satisfaisante chez trois animaux, nous n'en utiliserons pas d?autres. Pour chaque animal, l?enregistrement avec plusieurs micro?lectrodes multi-contacts permettra de mesurer l?activit? de populations neuronales dans plusieurs structures corticales et sous-corticales. La richesse des enregistrements multi-?lectrodes offre la possibilit? de r?aliser de tr?s nombreux types d?analyses portant sur les potentiels d?actions de neurones isol?s (modulation de fr?quence de d?charges ou de synchronisation entre neurones dans diff?rentes p?riodes de la t?che ou dans diff?rentes structures), sur les populations de neurones (distribution spatiale de l?activit?, moyennes de populations), sur les potentiels de champs locaux (LFP) et sur la synchronisation entre LFP et potentiels d?actions. La r?p?tition des s?ances d?enregistrement sur plusieurs mois a pour objectif d?augmenter le nombre de neurones diff?rents enregistr?s dans chaque structure. Cette augmentation permet d?augmenter la puissance statistique de nos analyses La dur?e totale des enregistrements pour un animal est ?troitement d?pendante de la quantit? de neurones enregistr?s quotidiennement. De fait, elle ne peut ?tre d?finie ? priori.

Raffinement

Les animaux sont h?berg?s en paires dans des cages et voli?re enrichis de perchoirs, de cordes et de jeux suspendus, pour favoriser les comportements exploratoires et aussi le retour ? une activit? normale en p?riode post-chirurgicale. Apr?s un d?lai minimal d'une semaine et selon l'?tat de r?cup?ration apr?s l?implantation, l'animal sera sorti en chaise afin de reprendre une routine qui lui est famili?re. Les m?thodes de renforcement positif (training et habituation) seront utilis?es afin de r?duire le stress des sujets. L'IRM anatomique et fonctionnelle seront r?alis?s sous anesth?sie g?n?rale afin de s'assurer de l'inconscience de l'animal, r?duisant de fait le stress de l'animal lors de la r?alisation de la proc?dure. Lors d'interventions chirurgicales, en plus de l'anesth?sie, un analg?sique sera administr? et prolong? en p?riode post-op?ratoire. Des points limites pr?coces et adapt?s seront appliqu?s.

Choix des espèces

Les raisons justifiant le choix des macaques comme esp?ce de comparaison sont les suivantes : - Ils sont relativement proches de nous sur le plan phylog?n?tique de sorte que les r?sultats nous renseigneront sur l'histoire de l'?volution relativement r?cente ; - Ils utilisent des vocalisations complexes et vari?es, bien caract?ris?es acoustiquement; - Il s'agit d?un mod?le neuroscientifique largement ?tudi?, en particulier pour les neurosciences auditives, de sorte que les r?sultats obtenus seront interpr?tables en relation avec une grande quantit? de donn?es compl?mentaires; - Enfin, ils peuvent ?tre scann?s en IRMf sur le m?me scanner que les humains, ce qui constitue un pont unique entre l'IRMf humaine et la litt?rature ?lectrophysiologique sur les singes. Les animaux seront pr?f?rentiellement utilis?s au stade de jeune adulte/adulte. A ce stade du d?veloppement, les animaux ne sont plus en croissance et leurs besoins physiologiques sont stabilis?s. Cela permet un contr?le plus pr?cis des protocoles exp?rimentaux, que ce soit en termes de volume des r?compenses utilis?es pour l'apprentissage par renforcement, de contr?le du r?gime alimentaire dans la cage ou de localisation des structures c?r?brales cibles pour les implants chirurgicaux. Par ailleurs, les animaux ?tant encore jeunes, ils pr?sentent une meilleure tol?rance aux proc?dures exp?rimentales et une meilleure r?cup?ration suite aux proc?dures n?cessitant une anesth?sie. Des animaux plus jeunes mais ayant d?j? atteints leur maturit? sexuelle pourraient ?tre utilis?s pour les premi?res phases d'habituation (entrainement ? la t?che auditive) et ?tre ainsi jeunes adultes lors du commencement des parties ult?rieures de la proc?dure (implantation, ?lectrophysiologie).