Macaques rhésus

Gardés en vie à la fin du projet et remis à un centre de primatologie pour être réutilisés dans une autre expérience, 3 macaques vont subir des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré pendant un à trois ans. Chacun reçoit deux chirurgies d'environ douze heures pour implanter puis retirer des matrices d'électrodes dans le cerveau, et passe cinq jours par semaine attaché en chaise pour des séances d'enregistrement d'une heure trente à trois heures, pendant quatorze à trente-six mois. Le porteur mentionne une restriction hydrique partielle pouvant entraîner une perte de poids, le stress de l'immobilisation de la tête et les risques infectieux autour des implants crâniens. Il présente cette réutilisation comme une mesure de réduction, les macaques déjà habitués au dispositif évitant d'y soumettre des animaux naïfs.

Objectifs

Chez les primates, comme les singes ou les humains, attraper des objets avec les mains est une action essentielle pour interagir avec l’environnement. Pour y parvenir, le cerveau doit coordonner de nombreux muscles et tenir compte de la position du corps dans l’espace. Notre travail part de l’idée que la posture joue un rôle important dans la façon dont le cerveau représente les interactions possibles avec l’environnement, et la façon dont il prépare et contrôle les mouvements de la main. Nous pensons que cette organisation repose sur la coopération de plusieurs zones du cerveau impliquées dans le toucher et le mouvement. Ces régions échangent des informations pour combiner la position du corps et les actions à réaliser. Pour vérifier cette hypothèse, nous étudierons des singes macaques à l’aide de plusieurs méthodes. Nous observerons d’abord leurs mouvements lorsqu’ils attrapent des objets dans différentes postures (assis ou quadrupède), et lorsque les objets sont placés à différents endroits. Cela permettra de voir comment les contraintes du corps et de la gravité influencent leurs gestes. Nous mesurerons également l’activité de certaines zones du cerveau pendant ces actions, afin de comprendre comment la posture modifie la préparation et l’exécution des mouvements. Enfin, nous utiliserons des techniques de stimulation cérébrale et des anesthésiques pour mieux identifier le rôle précis de chacune de ces régions. L’objectif final de ces recherches est de montrer que la posture joue un rôle clé dans la manière dont les primates, y compris les humains, interagissent avec leur environnement.

Bénéfices attendus

À court et moyen terme, cette recherche vise avant tout à mieux comprendre comment le cerveau combine la posture du corps et les mouvements du bras et de la main pour interagir avec les objets. Plus précisément, nous voulons comprendre comment plusieurs régions du cerveau travaillent ensemble pour adapter les gestes en fonction de la position du corps et de l’objet à attraper. Pour cela, nos objectifs sont les suivants : • Etudier comment les mouvements de la main s’ajustent en fonction de la posture du sujet et de la position de l’objet ; • Observer l’activité des neurones, à la fois individuellement et en groupe, dans plusieurs zones du cerveau impliquées dans le toucher et le mouvement ; • Comprendre comment ces différentes régions du cerveau s’influencent mutuellement, en modifiant localement leur activité ; • Partager l’ensemble de nos données avec la communauté scientifique pour faire progresser la recherche. À plus long terme, ces travaux pourraient avoir des applications importantes. Ils pourraient notamment aider à mieux évaluer et traiter certains troubles liés à la posture et au mouvement chez les patients. Ils pourraient aussi contribuer au développement de robots plus performants et d’interfaces cerveau-machine, capables de mieux prendre en compte la posture du corps pour contrôler des gestes de préhension de manière plus naturelle et efficace.

Procédures

Les animaux seront soumis aux interventions suivantes : – Déplacement au centre IRM pour acquisition d'images, sous anesthésie, 1 fois pour une durée d'environ 4h. – Chirurgies d'implantation et de désimplantation des matrices multi-électrodes et de la chambre d’enregistrement, sous anesthésie, 2 chirurgies pour une durée d'environ 12h chacune (à répéter pour chaque hémisphère, le cas échéant). – Entraînement aux changements posturaux en cage d’hébergement, ≤30 min, 5 jours par semaine, durant 1 à 4 semaines. – La prise quotidienne de l'animal en chaise pour entraînement et enregistrements électrophysiologiques incluant des sessions avec présentation de vidéos, environ 1h30 (jusqu'à 3h), 5 jours par semaine, durant 14 à 36 mois. – La prise de l'animal en chaise pour microstimulations, 20 sessions d'environ 1h30 (jusqu'à 3h). – La prise de l'animal en chaise pour enregistrements électrophysiologiques sous anesthésie gazeuse ou pharmacologique, 20 sessions (habituation + enregistrement) d'environ 2h (jusqu'à 3h).

Impact sur les animaux

Dans ce projet, les macaques suivront une procédure de sévérité modérée. Les nuisances ou effets indésirables attendus sont le stress pendant les sessions d’entrainement et d’enregistrement et la douleur et les infections en lien avec les procédures chirurgicales. Plus spécifiquement, les sources de stress sont i) Les premières sorties (jusqu’à plusieurs semaines) de la cage vers la chaise d’entrainement ii) La positionnement dans le box expérimental et l’entraînement dans la tâche expérimentale iii) La restriction des mouvements de tête. Pour la connexion des matrices ou le protocole d’anesthésie iv) La restriction hydrique partielle liée au besoin expérimental pouvant engendrer une perte de poids. En lien avec les chirurgies et le protocole IRM, la contention pour l’induction par injection IM est source de stress. L’intubation endotrachéale, la mise sous respiration mécanique et l’anesthésie générale (gaz halogéné) peuvent causer des irritations de la trachée. Les zones cicatricielles et les implants crâniens peuvent constituer une source de douleur et de risques infectieux en post-opératoire.

Devenir

À la fin du projet, les animaux seront gardés en vie et après avis vétérinaire, remis à disposition d’un centre de primatologie pour leur réutilisation. Ils pourront soit 1) être réutilisé dans un autre projet basé sur un dispositif expérimental similaire, permettant d’éviter l’utilisation d’autres animaux naïfs (réduction). Les animaux réutilisés seront déjà habitués au contexte expérimental (interactions quotidiennes avec l’homme, mise en chaise, travail dans le dispositif comportemental) ou 2) en particulier les femelles peuvent retourner dans un établissement d’élevage pour être inclues dans un programme de reproduction.

Remplacement

Le projet implique l’utilisation d’animaux car il n'existe pas de méthode alternative permettant de répondre à nos objectifs scientifiques, ici l’analyse de l’activité cérébrale en lien avec la réalisation de comportements complexes. Le macaque représente ici un modèle animal idéal car son répertoire comportemental comprend des postures corporelles fonctionnellement distinctes pour différentes finalités fonctionnelles, et particulièrement la posture assise favorisée pour la manipulation complexe et la posture quadrupède pour les déplacement ou la manipulation plus grossière. Ce projet nécessite également l'enregistrement de l'activité cérébrale avec une grande résolution temporelle et spatiale, ce qu’il est impossible d’obtenir avec des méthodes non invasives.

Réduction

Nous prévoyons d’inclure jusqu’à 3 animaux dans le projet. Toutefois, si les objectifs scientifiques du projet sont atteints avec 2 animaux, nous n’inclurons pas de 3e animal. Cette approche permet d’anticiper certains aléas. En effet, les interventions chirurgicales comportent toujours un risque, la qualité des enregistrements peut varier selon la manière dont l’implant s’intègre au cerveau, et les réactions au stress ou l’apprentissage des tâches peuvent différer d’un animal à l’autre. Si les données recueillies chez deux animaux sont suffisantes pour obtenir des résultats fiables, le troisième animal ne sera pas inclus dans l’étude. Pour chaque animal, des dispositifs d’enregistrement permettent de mesurer l’activité de nombreuses cellules nerveuses dans différentes zones du cerveau en même temps. Le nombre de cellules effectivement enregistrées peut varier selon la réussite de l’implantation. Le fait d’utiliser ces dispositifs permet de recueillir une grande quantité d’informations, à différentes échelles, au fil du temps. Les séances d’enregistrement pourront être répétées sur une période allant d’un à trois ans. Cela permet d’augmenter progressivement la quantité de données recueillies et de vérifier la stabilité des résultats dans le temps. La durée exacte dépendra de la qualité des premiers enregistrements et de leur stabilité. Dans des conditions optimales, le suivi peut se poursuivre sur plusieurs années. Enfin, les données obtenues dans ce projet alimenteront une base de données partagée avec d’autres équipes de recherche. Cette mise en commun permettra, à moyen et long terme, de limiter le recours à de nouveaux animaux pour des études similaires.

Raffinement

Conformément à la législation, les animaux du projet sont hébergés avec un congénère pour favoriser les interactions sociales. Les cages et volières sont enrichies de perchoirs, de cordes et de jeux suspendus, pour encourager les comportements exploratoires, ainsi que le retour à une activité normale en période post-chirurgicale. Après chirurgie, un délai minimal d'une semaine sera observé et selon l'état de récupération, l'animal sera sorti en chaise afin de reprendre une routine qui lui est familière. Les méthodes de renforcement positif (entraînement et habituation) seront utilisées afin de réduire le stress des sujets. L’IRM anatomique pré-chirurgicale permet de mieux planifier l’implantation des matrices chroniques, pour bien atteindre les aires corticales ciblées. Les matrices multi-électrodes de nouvelle génération permettent des enregistrements simultanés de neurones dans différentes aires et couches corticales en limitant les contraintes sur les animaux (pas de fixation de la tête, temps de préparation de l’animal pour les enregistrement très court, limitation des risques d’infection).

Choix des espèces

Les macaques sont des primates non humains fréquemment utilisés en recherche en raison de la similitude de leur système visuomoteur et de l’anatomie fonctionnelle de leur cerveau avec ceux de l’humain. Plus spécifiquement, notre projet requiert un modèle animal dont le répertoire comportemental inclut des postures corporelles fonctionnellement associées à des niveaux de dextérité différents du membre supérieur. Le macaque possède la capacité d’effectuer aussi bien des saisies de puissance pendant la locomotion, que des mouvements de manipulation fine en position assise, ce qui en fait un modèle idéal pour ce projet. L’utilisation répandue des macaques en neuroscience a permis l’optimisation des procédures d’entraînement, de la gestion de leur alimentation, de leur hébergement et des soins vétérinaires. Dans ce projet, nous utiliserons indifféremment des macaques rhésus ou fascicularis en fonction de la disponibilité des animaux, leurs comportements de préhension et l’organisation fonctionnelle de leurs cerveaux étant très similaires. Les animaux seront utilisés au stade de jeune adulte/adulte. A ce stade de développement, ils 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 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.

Comprendre comment des zones profondes du cerveau commandent le mouvement et la décision : six macaques rhésus sont utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, sur cinq ans. Chacun subit jusqu'à six chirurgies de six heures pour poser des implants crâniens, jusqu'à dix séances d'IRM de quatre heures sous anesthésie, et des sessions quotidiennes allant jusqu'à cinq heures pendant lesquelles de fines électrodes sont insérées dans son cerveau. Le porteur maintient les animaux sous contrôle alimentaire pour "maximiser" leur motivation, et décrit cet accès restreint à la nourriture comme un "levier motivationnel". Deux macaques seront tués pour analyse du cerveau, les quatre autres passant à un projet suivant ou, si leur état le permet, placés en sanctuaire.

Objectifs

Ce projet cherche à mieux comprendre comment certaines zones profondes de notre cerveau nous permettent de contrôler nos mouvements et de prendre des décisions. Pour comprendre leur rôle exact, nous réaliserons des enregistrements et des stimulations au niveau du cerveau chez le singe macaque, dont le cerveau est très proche du nôtre. L’objectif sera de corréler ces enregistrements et stimulations avec le comportement de l'animal afin de comprendre le lien de cause à effet entre l'activité des neurones des zones étudiées et les actions. Mieux comprendre le fonctionnement normal de ces circuits est une étape essentielle avant de pouvoir comprendre ce qui ne va pas dans certaines maladies neurologiques.

Bénéfices attendus

Ce projet apportera surtout des connaissances nouvelles et fondamentales sur le fonctionnement normal de notre cerveau. À court terme il pourrait permettre d’avoir une image beaucoup plus précise du rôle exact joué par une zone spécifique du cerveau dans le contrôle de nos actions et décisions. Il pourrait ainsi être possible de dire comment ces zones spécifiques contribuent à préparer, choisir, démarrer ou exécuter un mouvement. Obtenir ces informations détaillées chez le singe est très important car son cerveau ressemble beaucoup au nôtre et pourrait donc fournir des données cruciales pour l’identification des dysfonctionnements observés dans certaines pathologiques neurologiques. En effet, à plus long terme ce projet contribuera à obtenir une meilleure compréhension de la manière dont ces circuits fonctionnent normalement, ceci constituera la première étape indispensable pour ensuite comprendre pourquoi ils dysfonctionnent dans certaines maladies du cerveau qui affectent les mouvements ou les décisions (comme la maladie de Parkinson, les troubles obsessionnels compulsifs, les addictions...). Ces connaissances fondamentales pourraient, un jour, aider à développer de nouvelles pistes pour des traitements ou à améliorer les thérapies existantes comme la stimulation cérébrale profonde.

Procédures

Les singes seront d'abord entraînés à réaliser des exercices d’interactions avec l’écran. Ces apprentissages peuvent prendre plusieurs mois et seront réalisés à raison de 1 à 5h par session, 5 sessions par semaine sur toute la durée du projet. L’animal est en contrôle alimentaire pendant la durée de ces sessions pour maximiser sa motivation et le nombre d’essai réalisé Une fois entrainés les animaux auront 2 chirurgies sous anesthésie générale et analgésie adaptée pour mettre en place deux implants sur leur tête (6 heures maximum) avec 3 semaines de récupération minimum entre chaque chirurgie. Ces interventions pourront être renouvelées en cas de perte des implants et avec l’accord du vétérinaire (6 chirurgies au total maximum). Avant et après les chirurgies, ils auront une imagerie par résonance magnétique sous anesthésie générale, ces imageries seront répétées après les premiers enregistrements neurophysiologiques et chaque année pour vérifier l’intégrité des tissus et implants (4heures maximum par imagerie, 10 imageries maximum). Après la première chirurgie, pendant plusieurs mois, lors de sessions quotidiennes de quelques heures (5 jours par semaine maximum, 5h maximum par session), de fines électrodes seront insérées temporairement au niveau du cerveau pour mesurer l'activité des neurones pendant que l'animal vigile réalise les exercices. L’animal sera aussi sous contrôle alimentaire pour augmenter sa motivation. Son dispositif d’enregistrement sera nettoyé avant et après chaque séance (animal vigile, acte indolore, 15 minutes environ). Une dernière intervention sous anesthésie générale et analgésie adaptée sera faite pour injecter un composé au niveau du cerveau nous permettant de modifier génétiquement certaines cellules nerveuses spécifiques (durée 6h maximum). Après cette chirurgie et un temps d'attente entre un et deux mois, des sessions similaires à l’enregistrement de l’activité des neurones auront lieu, mais cette fois une fibre optique sera insérée pour envoyer de la lumière dans le cerveau et activer ou inhiber les cellules nerveuses modifiées. Une partie des animaux seront ensuite euthanasiés par une méthode réglementaire afin de réaliser des prélèvements et analyses post-mortem d’intérêt. Les autres animaux seront gardés en vie pour une utilisation continue ou pour être replacés dans un centre d’accueil.

Impact sur les animaux

L'entraînement aux tâches comportementales et le maintien de la tête au cours de ces tâches génèrera un stress et un inconfort pour l’animal pendant une durée propre à chaque animal (généralement inférieur à une semaine). L'accès contrôlé à la nourriture pourra créer une légère faim, un risque de perte ou de prise de poids et un stress pour l’animal. Les opérations chirurgicales comportent un risque de douleurs et d’inconfort post-opératoire. Les implants crâniens génèreront un inconfort, seront associés à un risque d’infection et un risque de perte suite à un rejet du matériel. L'injection dans le cerveau peut causer une petite inflammation locale. Les anesthésies générales nécessaires pour les chirurgies et les imageries génèreront un stress pour l’animal à l’induction et seront associées à des risques d’hypothermie, de sécheresse oculaire et de difficultés cardiorespiratoires. La stimulation par la fibre optique peut causer un échauffement local extrêmement léger et modifier temporairement le comportement de l'animal (c'est le but de l'étude), ces effets sont temporaires et limités à la durée de la stimulation, mais pourraient éventuellement être associés à un stress ou léger inconfort pour l’animal.

Devenir

Sur les 6 macaques, 2 seront euthanasiés à la fin du projet pour pouvoir analyser précisément leur cerveau afin de répondre à nos objectifs scientifiques. Pour les 4 autres animaux, soit nous les mettrons en utilisation continue dans un futur projet, soit nous chercherons activement à les replacer dans des structures d'accueil spécialisées (sanctuaires ou centres agréés) pour leur retraite, à condition que leur état de santé et leur comportement le permettent (après évaluation vétérinaire). Notre objectif étant de ne pas euthanasier les animaux quand ce n'est pas indispensable pour les vérifications scientifiques finales.

Remplacement

Pour comprendre comment des circuits précis du cerveau contrôlent nos actions et décisions, et pour tester si l'activité de ces circuits est bien la cause des comportements observés, il faut étudier le cerveau en fonctionnement dans un organisme entier. Les méthodes alternatives (cellules en culture, ordinateurs) ne peuvent pas reproduire cette complexité. L'enregistrement direct de l'activité des neurones (électrophysiologie) et leur manipulation ciblée (optogénétique) pendant que l'animal réalise une tâche nécessitent un animal vivant. Le singe est choisi car son cerveau est le plus similaire à celui de l'homme parmi les animaux de laboratoire, rendant les résultats plus pertinents. Les techniques d'imagerie chez l'homme ne sont pas assez précises pour répondre à nos questions. L'utilisation de singes est donc indispensable ici.

Réduction

Nous utiliserons un maximum de 6 singes sur 5 ans. Ce nombre est le minimum nécessaire pour étudier les deux zones cérébrales d’intérêt avec 3 animaux pour chaque zone, ce qui permet des analyses statistiques fiables. Chaque animal participera à toutes les étapes, ce qui maximise les informations obtenues par animal et réduit le nombre total nécessaire. Seuls 2 animaux sur 6 seront euthanasiés pour des analyses post-mortem nécessaires pour répondre à nos objectifs scientifiques, les 4 autres étant destinés à l’utilisation continue ou au replacement. Nous partagerons les tissus des animaux euthanasiés afin de participer à réduire de manière plus globale le nombre de macaques utilisés à des fins scientifique. Si nous obtenons des résultats clairs plus tôt, nous arrêterons le projet avec moins d'animaux.

Raffinement

Les animaux auront une période d’acclimatation de 2 semaines avant d’entrer en procédure. Ils auront ensuite un entrainement progressif adapté au rythme de chaque animal et réalisé par renforcement positif. Ainsi, l’animal recevra une récompense (nourriture) à chaque comportement attendu durant l’entrainement, pour renforcer la fréquence de ce comportement. Un écran tactile sera fourni en cage pour débuter l’entrainement de manière volontaire avant qu’ils ne soient amenés dans le box de travail. Afin d’obtenir un levier motivationnel pour les tâches plus complexes nous mettrons en place un contrôle de la distribution des aliments, nous suivrons de manière rigoureuse et quotidienne l’équivalent énergétique fourni à l’animal pour nous assurer de couvrir ses besoins journaliers. L’animal sera également pesé chaque jour d’entrainement pour suivre sa courbe de poids et détecter toute variation liée au contrôle. Une diversification de l’apport alimentaire sera mise en place pour fournir des aliments pauvres en calories permettant d’augmenter le temps de disponibilité de nourriture sans influer significativement sur l’apport énergétique fourni à l’animal. Les chirurgies seront optimisées (neuro-navigation, équipe experte et matériel de qualité) et réalisées sous anesthésie générale avec une analgésie adaptée et un suivi post-opératoire de plusieurs jours. Un suivi quotidien rigoureux (comportement et état général) sera assuré tout au long du projet par du personnel qualifié et le vétérinaire. En cas d’anomalie observée un avis vétérinaire sera demandé pour assurer une prise en charge adaptée de l’animal. Des points limites précis et précoces sont définis et seront appliqués pour éviter toute souffrance. En amont de l'implantation du matériel sur le crâne de l’animal, nous réaliserons une IRM pour localiser précisément les sites d’implantation et d’injection, nous permettant d’optimiser l’implantation et les enregistrements ou stimulations qui seront ensuite réalisés. Les enregistrements de l’activité du cerveau et les stimulations lumineuses seront réalisés via l’implant mis en place et ne nécessiteront donc pas de chirurgie supplémentaire pour l’animal et pourront être réalisés en état vigile (actes non douloureux) grâce à l’entrainement des animaux. Pour la stimulation lumineuse nous utiliserons des paramètres rigoureusement contrôlés pour minimiser l'échauffement tissulaire et surveillerons attentivement les effets comportementaux induits.

Choix des espèces

Nous utilisons des singes macaques rhésus (ou éventuellement cynomolgus en l’absence de rhésus disponible) car leur cerveau, notamment les zones cérébrales qui contrôlent les mouvements et les décisions, est très similaire à celui de l'homme. Cette ressemblance est cruciale pour que nos découvertes sur le fonctionnement de ces circuits soient utiles pour comprendre le cerveau humain. Ces singes peuvent apprendre les tâches complexes nécessaires et les techniques d'enregistrement et de stimulation cérébrales nécessaires dans ce projet sont bien maîtrisées chez eux. Nous utilisons des animaux adultes (3 à 16 ans). À cet âge, ils apprennent bien les tâches, s'adaptent bien à la vie en groupe (important pour leur bien-être), et cela permet d'étudier leur cerveau avant les effets du vieillissement. Cela facilite aussi leur replacement éventuel en fin de projet.

Évaluer la toxicité de candidats médicaments avant les premiers essais chez l'humain conduit à utiliser 2 550 macaques, 2 508 crabiers et 42 rhésus, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. 2 473 d'entre eux sont tués à la fin pour l'analyse histopathologique de leurs organes, exigée par la réglementation, et 77 sont gardés en vie pour être réutilisés. Ils reçoivent le composé chaque jour ou chaque semaine, restent attachés en chaise de contention jusqu'à quatre heures, sont mis à jeun seize heures avant sédation, et pour certains opérés sous anesthésie générale afin de recevoir un émetteur de télémétrie. L'hébergement seul dure de un jour à trois mois quand le protocole l'impose. Le porteur affirme que l'évaluation chez une espèce non-rongeur est "indispensable" pour chaque nouveau candidat médicament, et que le macaque est parfois "l'unique espèce pertinente".

Objectifs

Le projet réalisé dans un cadre réglementaire a comme objectif de permettre l'évaluation du potentiel toxique d'un candidat médicament dans le cadre de son développement préclinique (tests réalisés chez l’animal). Conformément aux lignes directrices, l’évaluation chez une espèce non-rongeur est indispensable pour chaque nouveau candidat médicament avant de démarrer les essais cliniques chez l’homme et avant toute autorisation de mise sur le marché. L'espèce primate non humain est parfois l’unique espèce pertinente pour le développement préclinique de composés biologiques (protéines thérapeutiques, anticorps monoclonaux, vaccins anti-cancer). Ces études permettent d’évaluer le schéma thérapeutique envisagé et de réduire le risque potentiel encouru par le volontaire sain à la suite de l’administration du candidat médicament au cours des premiers essais cliniques.

Bénéfices attendus

Les bénéfices attendus de ce projet sont le développement et la mise sur le marché de nouveaux médicaments pour des pathologies invalidantes, des maladies graves, en caractérisant les effets et les doses toxiques des médicaments en développement, selon la règlementation, pour assurer la sécurité des nouveaux médicaments.

Procédures

Les animaux sont traités par différentes voies (ex : orale, injection intramusculaire) de façon journalière ou hebdomadaire avec le composé d’intérêt. La durée de l’administration est généralement rapide (quelques secondes à quelques minutes) et peut atteindre 4h maximum dans le cas de perfusion intraveineuse. Les prélèvements réalisés chez l’animal vigile (ex : sang, par les voies veineuses périphériques) nécessitent une contention de courte durée (jusque 4h maximum pour des perfusions intraveineuses). Les prélèvements nécessitant une sédation et/ou une anesthésie (ex. biopsie) ont une durée estimée à une heure maximum, Pour certaines études (rares), un hébergement individuel peut être requis pour collecter des données individuelles ou éviter les contaminations d'un animal à l'autre. Par exemple, des examens urinaires ou de selles peuvent nécessiter un hébergement individuel en cage à métabolisme (4 heures en général, 18 heures maximum). Si la procédure expérimentale ne permet pas de regrouper les animaux (ex : traitement dans l'alimentation ou l'eau de boisson avec nécessité de déterminer précisément la dose administrée à chaque animal et/ou cinétiques de collecte de fécès ou d’urine), ou en cas d’agressivité et d’incompatibilité sociale entre les animaux (ex : animaux sexuellement matures), les animaux doivent être hébergés individuellement (volières habituelles) pendant toute la durée de l’étude (de un jour à 3 mois). Pour les évaluations cardiovasculaires par télémétrie, soit les animaux portent un gilet (après habituation), soit sont implantés chirurgicalement sous anesthésie générale (durée de 2h maximum, avec analgésie et suivi péri-opératoire adaptés, sur au moins 10 jours).

Impact sur les animaux

Les effets indésirables ou nuisances attendus correspondent essentiellement : - aux effets du produit administré (exemple : variation de la fréquence respiratoire) - aux effets systémiques (exemple : perte de poids, baisse de consommation alimentaire) - à l’inconfort généré par les procédures : de contention (exemple : contention en chaise sur une durée maximale de 4 heures, port du gilet de télémétre), d’administration (exemple : cas des administrations répétées), et/ou de prélèvement sur animal vigile (exemple : prélèvement de sang, de sperme) - à la sédation/anesthésie générale requises pour certaines procédures (prélèvements de biopsie, implantations chirurgicales d’émetteurs de télémétrie) et nécessitant une mise à jeun (environ 16 heures) - à la chirurgie (par exemple pour implanter un emetteur de télémétrie pour l’enregistrement des paramètres cardiovasculaires) et aux effets indésirables post-opératoires éventuels. - hébergement individuel (contacts olfactifs, visuels, sonores préservés), le cas échéant

Devenir

Les études de toxicologie règlementaires incluent une évaluation obligatoire des effets sur les organes et tissus (analyse histopathologique), et nécessitent par conséquent une mise à mort des animaux en fin d’étude. Pour les études où une analyse des tissus et organes en fin d’étude n'est pas nécessaire, et si les animaux ont subi uniquement des effets légers ou modérés et réversibles, les animaux peuvent être gardés en vie, et être réutilisés dans un autre projet après une période de récupération et autorisation du vétérinaire. Il est estimé qu’environ 77 animaux seront gardés en vie.

Remplacement

L'évaluation de la toxicité d'un candidat médicament et/ou d’un dispositif médical ne peut pas être réalisée in vitro. Il n'existe pas de méthode alternative in vitro pour ce type de procédure de traitement identique à celle utilisée chez l'homme, en raison notamment de la complexité que représente un organisme vivant. Dans certains cas, l'espèce primate non humain est la seule espèce pertinente pour les essais pré-cliniques (similarités physiologiques ou métaboliques Homme-primate non humain), par exemple dans le cas de composés biologiques (protéines thérapeutiques, anticorps monoclonaux, vaccins thérapeutiques anti-cancer...).

Réduction

Le nombre d'animaux par groupe est celui recommandé dans les lignes directrices ICH (International Council for Harmonisation) ou OCDE (Organisation de coopération et de développement économiques), et correspond au minimum nécessaire et suffisant pour obtenir des résultats fiables et atteindre les objectifs de l’étude. Le besoin de groupe contrôle, le nombre de doses nécessaires, ainsi que les techniques de prélèvements sanguins sont évalués systématiquement pour assurer une réduction du nombre d’animaux. En incluant dans une même étude (i.e. sur les mêmes animaux), l’évaluation toxicologique et l’évaluation des paramètres de pharmacologie de sécurité, le nombre d’animaux utilisés est très nettement réduit.

Raffinement

Les procédures, les conditions d’hébergement et matériel utilisés ainsi que les enrichissements fournis sont adaptés aux animaux utilisés dans ce projet. Des enrichissements variés (ex : graines dans des copeaux, tablettes à différentes hauteur) sont fournis aux animaux leur permettant d’exprimer les comportements physiologiques et activités qu’ils auraient dans leur habitat naturel (ex : recherche d’aliment, épouillage, temps d’isolement). Les actes pouvant engendrer du stress, de l’inconfort ou des douleurs importantes seront réduits au minimum nécessaire et seront réalisés sous sédation ou anesthésie générale avec un protocole analgésique adapté dans le cas échéant. Dans le cas où l’anesthésie est jugée plus traumatisante pour l’animal et/ou si l’anesthésie est incompatible avec les prélèvements prévus, les prélèvements seront réalisés sur l’animal vigile, notamment les prélèvements sanguins et le recueil d’urine, par exemple. L’état de santé des animaux sera surveillé tout au long de l'étude et évalué grâce à la mise en place de points limites qui permettront d'intervenir immédiatement s'il y a un signe d’inconfort ou de souffrance et de veiller au bien-être des animaux. Les mesures sont prises dès que possible pour réduire la souffrance des animaux. D’autres traitements peuvent être mis en place suivant les recommandations des vétérinaires, selon les observations, conditions d’expérimentation. L’évaluation des paramètres de pharmacologie de sécurité est effectuée par télémétrie, permettant l’obtention de données fiables, sur des périodes de temps prolongées, et avec des contraintes sur l’animal minimisées.

Choix des espèces

Le choix du primate non humain est justifié notamment par : - les homologies avec l'homme - la disponibilité d'études préliminaires dans cette espèce, - les données de pharmacocinétique, pharmacodynamie Certains composés biologiques ciblant le système immunitaire [anticorps monoclonaux, protéines et vaccins thérapeutiques (tels que les composés pour des traitements anti-cancer, anti-Alzheimer)] ne peuvent être testés que chez le primate non-humain (espèce non-rongeur avec le système immunitaire le plus proche de l'Homme). Le choix de l’espèce de primate non humain est le plus souvent déterminé par des études in vitro permettant de comparer le métabolisme de ces espèces avec celui de l’homme, ou de prouver que le candidat médicament a la même affinité pour sa cible chez le primate non humain et l’homme. La pharmacocinétique du candidat médicament est également prise en compte, ainsi que les connaissances acquises avec des produits de même classe pharmacologique. Les macaques (crabiers ou rhésus) sont les seules espèces de primates non humain utilisées dans les études de toxicologie réglementaire. Les animaux seront âgés de 2 à 4 ans en standard. Pour certains composés, des animaux mâtures (d'un point de vue maturité sexuelle ou maturité du système immunitaire) doivent être utilisés (ex : nouveau produit contraceptif, anticancéreux, immunomodulateurs). Dans ce cas les femelles ont en général au-moins 4 ans, et les mâles au minimum 4 à 5 ans. Pour certaines indications, il sera indispensable de tester le candidat chez un animal un peu plus jeune (20 mois minimum).

Jusqu'à six chirurgies d'implants de huit heures chacune et jusqu'à neuf ouvertures de volets osseux dans le crâne: 8 macaques, quatre à longue queue et quatre rhésus, vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils travaillent en chaise de contention cinq à sept fois par semaine, lors de séances allant jusqu'à cinq heures, un contrôle de l'eau servant de levier de motivation puisque la récompense hydrique constitue une partie de leur apport journalier. Le porteur veut comprendre comment le cerveau des macaques perçoit les visages, le statut de dominance et les liens sociaux entre congénères. Sept des huit macaques resteront en utilisation continue, un sera tué pour l'étude post-mortem de son cerveau.

Objectifs

Le cerveau des primates, des humains comme des singes, leur permet de vivre en société, ce qui participe à la survie de leur espèce. Notre cerveau de primate est notamment adapté pour la perception des individus et pour l’analyse de leurs comportements. Or la cognition sociale est la première à être touchée dans de nombreux troubles neurologiques et psychiatriques, et nous ne connaissons pas exactement l’origine de ces problèmes, notamment du fait de notre connaissance insuffisante des mécanismes cérébraux qui nous permettent de percevoir et de comprendre les autres. L’objectif de ce projet est de comprendre par quels mécanismes le cerveau des primates non-humains leur permet de percevoir et comprendre leur groupe social. Nous savons par exemple, que les singes, tout comme les humains, possèdent dans leur cerveau des régions spécialisées pour la perception des visages par rapport à d’autres objets visuels. Cependant nous ne savons pas 1/ par quels mécanismes biologiques, les neurones –c’est-à-dire les cellules de ces régions cérébrales– codent les caractéristiques sociales des individus (comme leur genre, leur statut de dominance, leurs liens d’amitié) 2/ comment les neurones associent une même caractéristique sociale perçue par différentes modalités sensorielles 3/ s’il existe des régions cérébrales spécifiques aux odeurs sociales et au toucher social, deux modalités très importantes depuis le plus jeune âge pour percevoir les autres. Par ailleurs, les primates sont des spécialistes pour l’analyse des comportements de leurs congénères et possèdent des régions cérébrales spécifiques pour l’analyse des interactions sociales. Cependant, nous ne savons pas par quels mécanismes les neurones extraient des informations sur les individus à partir d’observation d’actions. Dans ce projet, nous proposons de répondre à ces questions majeures pour les neurosciences, la psychologie sociale ou encore la biologie évolutive en utilisant des techniques d’étude du cerveau à plusieurs niveaux combinant des méthodes exploratoires d’imagerie du cerveau afin d’identifier les régions cérébrales responsables de ces processus sociaux, à des méthodes fines d’enregistrement de l’activité des neurones et de manipulations moléculaires, avec l'objectif à long terme de fournir aux neurosciences cliniques de nouvelles hypothèses pour comprendre comment ces mécanismes peuvent être perturbés dans les maladies psychiatriques ou neurologiques.

Bénéfices attendus

Les bénéfices seront d’abord de mieux comprendre la représentation du réseau social, des interactions sociales et des individus dans le cerveau avec une précision et une compréhension au niveau des mécanismes neuronaux jamais atteintes jusque-là. Les perturbations temporaires des régions du cerveau identifiées par imagerie par résonance magnétique (IRM) pourraient permettre de s’approcher au plus près des tableaux cliniques humains et donc fournir aux neurosciences cliniques de nouvelles hypothèses pour comprendre comment les mécanismes sociaux sont perturbés dans les maladies psychiatriques et neurologiques. Ainsi ce projet pourrait permettre d’établir un modèle animal pour la compréhension des troubles sociaux qui impactent les patients présentant des troubles neurologiques ou psychiatriques. Il s’agira également potentiellement de découvrir de nouvelles régions cérébrales sur la perception des odeurs et du toucher social, et d’obtenir une comparaison du cerveau social des singes et du cerveau social humain et donc de comprendre les mécanismes conservés au cours de l’évolution et ceux qui sont spécifiques à notre espèce et à l’espèce des macaques rhésus.

Procédures

Tous les animaux sont habitués aux différents dispositifs et au personnel pour limiter tout stress. Ils seront entrainés à la réalisation de tâches comportementales (5-7 fois/semaine, 20min-4h/session). Le bon positionnement dans la chaise pourra s’accompagner d’un faible sédatif (sur environ 10séances si nécessaire). Les animaux réaliseront des IRM sous anesthésie (4h, 1-2sessions/mois avant 4ans puis 6fois/an). Ils auront 3 chirurgies d’implants minimum (mise en place d’un implant de maintien de la tête, de chambres d’enregistrement, d’électrodes d’enregistrement) et 6 maximum s’il est nécessaire de réparer, retirer ou remettre un implant (durée: 8h maximum/chirurgie sous anesthésie générale). Ils auront 2 interventions d’ouvertures de volets osseux ciblés minimum et 9 maximum s’il est nécessaire d’ajouter ou d’agrandir les volets existants (durée: 5h maximum/intervention sous anesthésie générale). Les chambres d’enregistrement sont entretenues 2 fois/semaine minimum (durée 60min). Les animaux vigiles participeront à des enregistrements de l’activité cérébrale par IRM et par électrophysiologie pendant qu’ils réaliseront des tâches comportementales (durée 5h maximum, 5-7 fois/semaine). Pour favoriser la motivation des animaux pendant les tâches comportementales, ils seront récompensés à l’aide d’une récompense hydrique qui constituera une partie de leur apport journalier en liquide. Un retour progressif à un apport à volonté est effectué au moins 2 fois une semaine chaque année. Une surveillance quotidienne est réalisée afin de garantir un bon état d’hydratation et une bonne santé, vérifiée par des analyses sanguines 2 fois/an (prise de sang de 4min). Chaque IRM s’accompagnera d’une injection intraveineuse d'un agent de contraste (durée 2min). Cet agent sera ensuite éliminé par deux composés (1 administration intramusculaire/jour de 30s, et 2 administrations orales/jour de 3min). Des analyses sanguines seront réalisées pour suivre le retour aux valeurs de référence (environ 4 prises de sang à la fin des séquences de plusieurs IRM, durée 4min). Des molécules seront administrées pour moduler l’activité cérébrale par inhalation (60 administrations maximum par animal de 20min), ou par la nourriture (60 administrations maximum/animal), ou par injection intraveineuse (60 administrations maximum/animal de 4min), ou dans le cerveau (60 administrations maximum/animal de 50min). Un des animaux sera euthanasié par une méthode réglementaire en fin de procédure.

Impact sur les animaux

L’animal pourrait ressentir une gêne ou des douleurs après les différentes chirurgies (pose de l’implant de tête, des chambres d’enregistrements ou des électrodes à demeure). Il y a également la gêne liée à la présence de ce matériel à demeure. Les risques liés à l’anesthésie (notamment hypothermie, sécheresse oculaire, dépression cardio-respiratoire) peuvent survenir. Il existe des risques d'infection sur les implants de tête, sur les électrodes implantées et lors de l'introduction des électrodes amovibles pour les enregistrements. Les risques de perte d’implant peuvent survenir suite à un rejet du matériel biocompatible provoquant chez certains animaux une réponse inflammatoire chronique et un rejet du matériel chirurgical. L’animal pourrait ressentir un stress/contrainte lors des séances d'électrophysiologie, d’imagerie, de tests ou d’entrainement pendant lesquelles il est positionné en chaise de contention ou maintenu par l’implant de tête. Le stress de l’hébergement en captivité peut être présent. Le contrôle hydrique peut induire un stress pour l’animal, une sensation de soif, de la déshydratation ou une perte de poids. Les risques liés aux agents pharmacologiques existent, lies à la tolérance/réaction individuelle aux molécules utilisées ainsi qu’à la capacité de la récupération propre à chaque animal, pouvant induire par exemple une réaction allergique, une accumulation dans les tissus, un mauvais fonctionnement du foie ou des reins. L’animal pourrait ressentir une gêne ou une douleur de courte durée au point d’injection lors des injections et prélèvements en intraveineuses, ou en intramusculaire.

Devenir

7 des 8 animaux seront en utilisation continue pour poursuivre l’acquisition de données sur ce sujet de recherche afin de privilégier l’utilisation d’un animal déjà entrainé par rapport à un animal naïf (réduction du nombre d’animaux). Cette utilisation continue se fera en accord avec l’équipe vétérinaire et dépendra de l’état de bien-être des animaux. 1 animal sera euthanasié pour l’étude post-mortem de son cerveau.

Remplacement

Avec les technologies actuelles, le présent projet ne peut être abordée qu'avec l’utilisation d’animaux. Nous ne pouvons pas utiliser de lignées cellulaires ou tissus, car ils ne présentent pas de processus perceptifs ou cognitifs. Les modèles informatiques du cerveau, ne permettent pas de comprendre, sans données empiriques préalables, quels algorithmes sont effectivement utilisés dans le cerveau réel en action. D’autre part, les études non invasives chez des sujets humains en bonne santé ne permettent pas d’enregistrer des signaux avec une résolution temporelle et spatiale suffisante pour étudier les mécanismes neuronaux. Le travail chez les patients humains est également limité, car pour des raisons éthiques, les enregistrements électrophysiologiques quand ils ont lieux ne peuvent pas cibler des régions d’intérêt scientifique mais uniquement des régions d’intérêt clinique. Il est donc impossible d’acquérir une compréhension mécanistique de la cognition sociale chez l’humain, les cultures cellulaires ou les cultures de tissus. Contrairement à d’autres animaux (ex. rongeurs/oiseaux), les fonctions cérébrales et l’anatomie des systèmes sensoriels des primates non humains (PNH) sont organisées autour de la modalité visuelle et sont ainsi homologues à l’Homme. Ces homologies concernent les systèmes neuraux et les stratégies cognitives et sociaux-cognitives des PNH, y compris certaines interactions sociales dont seuls les primates sont capables, ce qui n’est pas retrouvé dans d’autres modèles (ex. oiseaux/rongeurs). Comme nous comparerons nos résultats avec ceux observés chez l’humain, ce modèle est déterminant et le plus pertinent pour mener ce projet grâce à cette proximité.

Réduction

Les normes de publication, notre expérience, et les analyses statistiques indiquent que les données doivent être obtenues chez 6-8 animaux pour les expériences comportementales, 4-6 animaux pour l'imagerie, 2-3 animaux pour l’électrophysiologie, les neuromodulations, afin d'obtenir des données robustes et interprétables. L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est sans doute la technique la plus efficace pour réduire le nombre d'animaux en fournissant des connaissances sur les régions cérébrales pertinentes à étudier ensuite par électrophysiologie. Sans cette connaissance, les enregistrements devraient être effectués dans tout le cerveau et pourraient nécessiter jusqu'à 10 fois plus d’animaux pour enregistrer dans toutes les régions possibles. De plus, l’utilisation d’agent de contraste lors des IRM fonctionnelles permet d’augmenter la puissance statistique et de réduire le nombre d’acquisitions. Ainsi nous utiliserons 8 macaques dans notre projet, ces 8 animaux participeront aux tâches comportementales, puis seront répartis par groupe de 4 à l’IRMf et par groupe de 2 à l’électrophysiologie avec/sans perturbations de l'activité cérébrale. Ce point répond également à la nécessité d'obtenir plus d'informations à partir du même nombre d'animaux et donc de réduire le nombre d’animaux utilisés pour cette étude. Nous privilégierons de répéter nos enregistrements sur un même animal afin d’utiliser le plus faible nombre d’animaux possible. Nous utiliserons les tests statistiques adaptés pour analyser les données récoltées.

Raffinement

L’état de bien-être de l’animal est primordial et s’il y a une anomalie des mesures seront prises pour aider à le restaurer. Les animaux sont observés quotidiennement tout au long du projet et des points limites ont été établis pour assurer une prise de décision rapide et efficace pour s’assurer que le bien-être de l’animal est préservé. L’hébergement en groupe social, dans une animalerie aux paramètres surveillés quotidiennement (lumière, température, hygrométrie), ainsi que l’enrichissement et une alimentation adaptée sont mis en place pour stimuler les animaux et leur permettre d’exprimer leurs comportements naturels. L’entraînement régulier par renforcement positif permettra d’instaurer une routine limitant les contentions et le stress lors des manipulations et des tâches demandées. Le contrôle hydrique sera adapté à la demande de chaque animal en ayant intégré les particularités individuelles. Les chirurgies et IRM anesthésiées sont réalisées sous anesthésie générale avec la mise en place d’anti-douleurs adaptés (avant, pendant et après ; une réévaluation avec le vétérinaire est disponible si besoin). Lors des anesthésies, une surveillance des constances physiologiques (rythmes cardiaque et respiratoire, température…) est toujours mise en place et la température est maintenue. Le dispositif implanté sera le plus adapté possible pour le confort de l’animal et limiter la gêne. Il sera posé dans des règles strictes d’asepsie. Le post-opératoire sera surveillé avec une aide à l’alimentation pour faciliter la récupération, des enrichissements et une taille de la cage adaptée pour stimuler l’animal et faciliter les déplacements. La récupération complète est vérifiée avant la poursuite du projet.

Choix des espèces

Les singes Macaca mulatta, Macaca fascicularis (PNH) présentent des similitudes cognitives aux humains. Particulièrement, dans le domaine social : les macaques observent longuement leurs congénères ; sont socialement polyvalents ; leur environnement social, comme les sociétés humaines, comprend de nombreux paramètres qui nécessitent une extraction calculée des informations. Nous étudierons leurs connaissances des comportements sociaux complexes de leurs congénères, y compris d'un éventail d'interactions sociales dont seuls les primates sont capables. Leurs fonctions cérébrales et l’anatomie de leurs systèmes sensoriels sont organisées autour de la modalité visuelle et sont ainsi homologues à l’Homme. Comme nous comparerons nos résultats avec ceux observés chez l’humain, le modèle PNH est déterminant et le plus pertinent pour mener ce projet. Nous utiliserons des animaux adultes ou jeunes adultes (plus de 2ans), déjà sevré, car leur cerveau est à un stade mature nécessaire à nos recherches.

Tester les effets cardiovasculaires de candidats médicaments pour le compte de leurs fabricants : 84 macaques, 72 à longue queue et 12 rhésus, vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chacun peut subir une chirurgie de quatre heures et demie à cinq heures et demie pour l'implantation d'un émetteur de télémétrie, parfois d'un cathéter dans le ventricule gauche du cœur, puis six à huit jours seul en cage à métabolisme, des anesthésies de quatre heures et une contention pouvant durer une heure pendant les perfusions. Parmi les bénéfices attendus, le porteur inscrit un bénéfice pour l'animal lui-même, sous la forme de connaissances sur l'espèce et d'outils de raffinement. Aucun de ces macaques n'est tué à l'issue de ce projet, tous étant réutilisés dans un autre, après accord du vétérinaire.

Objectifs

Ce projet a pour but d’évaluer les effets de différents candidats médicaments sur les paramètres cardio-vasculaires chez le primate non-humain vigile en utilisant la télémétrie, méthode d'enregistrement de différents paramètres permettant de laisser l'animal totalement libre de ses mouvements dans la volière pendant les mesures.

Bénéfices attendus

Les bénéfices attendus sont la vérification de l'absence d'effet ou la détermination du seuil d'effet de nouveaux médicaments sur le système cardiovasculaire, qui permettront par la suite une utilisation sécurisée du médicament en médecine humaine ou vétérinaire . Pour l’animal, les bénéfices attendus sont une acquisition de connaissances sur l’espèce utilisée (le primate non humain) par le développement d’outils de raffinement de plus en plus adaptés et le choix de l’espèce la plus prédictive en fonction de l’objectif scientifique attendu.

Procédures

Dans ce projet, les animaux pourront être soumis à une chirurgie d'implantation d'un émetteur de télémétrie avec ou sans cathéter de mesure de la pression ventriculaire gauche cardiaque (PVG), et avec ou sans implantation d'une chambre vasculaire. La durée de la chirurgie d'implantation d'un émetteur de télémétrie sera entre 4h30 et 5h30. Les animaux pourront également être soumis à des prélèvements de sang (durée environ 1min/prélèvement), des tests neurologiques et comportementaux (durée de 10 min max par observation). Les animaux seront maintenus pendant l’administration du candidat médicament (ou du placebo) par voie orale, sous-cutanée, transdermique, intranasale, intramusculaire ou intraveineuse (bolus ou perfusion) (durée 1 -2minutes, sauf pour la perfusion intraveineuse où les animaux sont maintenus en contention pendant la durée de la perfusion, maximum 1h). Dans le cas d'expérience sous anesthésie, les animaux seront soumis à plusieurs anesthésies d'une durée de 4h maximum chacune.

Impact sur les animaux

Les effets potentiellement indésirables du/des produits font l'objet d'échanges avec les fabricants des candidats médicaments testés pour adapter les outils d'observation des animaux afin d'anticiper au mieux de potentiels signes cliniques. Les animaux subiront une chirurgie d'implantation d'un émetteur de télémétrie pouvant induire des douleurs post-chirurgicales. Les animaux de ce projet pourront subir un stress lié à la privation de nourriture avant administration du produit, une douleur équivalente à la piqûre d’une aiguille lors des prélèvements sanguins, de l'administration et de l'anesthésie avant chirurgie ou avant expérience sous anesthésie, un stress lié à l'hébergement individuel en cage à métabolisme (6-8j) post-chirurgie. Lors de l'administration de candidats médicaments en perfusion intraveineuse de durée supérieure à 10 min, les animaux pourront subir un stress lié à la contention.

Devenir

Réutilisation des animaux dans un autre projet ayant un degré de sévérité sans réveil, léger ou modéré après accord du vétérinaire.

Remplacement

Dans le cadre du développement de nouveaux médicaments, ce projet est réalisé chez le primate non humain car il n'existe pas de méthode de substitution (in vitro ou in silico) pour évaluer les effets cardiovasculaires. Or, avant toute utilisation chez l'homme, l'animal constitue un passage obligatoire pour l'évaluation de l'efficacité ou la sécurité d'un médicament. A ce jour, le primate non humain est une des espèces de non-rongeurs adaptée à ce type de modèle.

Réduction

Un nombre minimal et suffisant d’animaux par groupe est utilisé afin d’analyser de façon rigoureuse et efficace les résultats des expériences et d’effectuer des analyses statistiques.

Raffinement

Dans ce projet, le raffinement sera obtenu par : • la mise au point de procédures rigoureuses, • l'utilisation de la technique de télémétrie permettant de recueillir des informations sans manipulations animaux, •la validation du système de télémétrie et validation pharmacologique du modèle, • un suivi quotidien de l’état de santé des animaux, • le recours à des procédures les moins invasives possibles, • Le suivi d’éventuel signes cliniques, • La détermination des points limites, • Le recours aux procédures d’euthanasie dès que nécessaire, • Un protocole analgésique adapté pour la chirurgie et la période post-opératoire et un suivi post-opératoire de l’état de santé des animaux avec des soins et un enrichissement adaptés afin de permettre une bonne récupération des animaux, • La réduction du volume sanguin prélevé grâce à l’amélioration de la sensibilité des méthodes d’analyse, • La familiarisation des animaux aux procédures expérimentales.

Choix des espèces

Le primate non humain est, pour certains candidats-médicaments, l’espèce animale la plus adaptée car la plus proche de l’homme en termes de métabolisme et d’exposition. Le système cardiovasculaire du primate non humain est également très proche de celui de l'homme, donc les effets observés sont plus facilement extrapolables. Animaux adultes. Ce projet n’a pas pour objectif d’étudier les effets du produit sur l’animal à d’autres stades de développement.

Jusqu'à huit heures d'IRM fonctionnelle par séance, deux séances par mois, et une chirurgie cérébrale pouvant durer six heures pour implanter des dispositifs d'enregistrement. 18 macaques rhésus vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, certains maintenus éveillés et immobilisés dans une chaise de contention, récompensés à l'eau, au jus ou aux fruits. Le projet vise à augmenter la résolution de l'IRM fonctionnelle, puis à étudier la conscience et l'effet de l'ocytocine sur le comportement social, l'hormone étant délivrée dans le cerveau par ultrasons focalisés une fois toutes les deux semaines. Le porteur affirme que les macaques sont les seuls animaux non-humains capables d'apprendre ces tâches dans un délai raisonnable, et prévoit qu'ils soient gardés en vie et réutilisés dans d'autres projets après avis du vétérinaire.

Objectifs

Comprendre Comment Notre Cerveau Traite les Informations Visuelles Les zones visuelles du cerveau sont organisées en petits compartiments qui traitent différents signaux visuels, tels que la couleur et le mouvement. Pour comprendre comment ces compartiments fonctionnent ensemble, les chercheurs utilisent généralement des techniques invasives ou étudient le cerveau après qu'il a été retiré du corps. Cependant, une technique non invasive peut être utilisée pour étudier l'ensemble du cerveau sans l'endommager. Améliorer la Technologie de Scanner Cérébral Les technologies actuelles d’imageries ne sont pas assez précises pour étudier les petits compartiments dans le cerveau. Notre objectif est de développer une technique plus avancée qui peut détecter ces petites zones en utilisant des scanners IRM puissants et un équipement spécialement conçu. Nous testerons cette nouvelle technique en comparant ses résultats avec ceux d'autres méthodes. Mieux comprendre la Conscience et le Comportement Social Avec notre technologie améliorée, nous visons à répondre à deux grandes questions : 1. Comment différentes parties du cerveau travaillent-elles ensemble pour créer des expériences conscientes ? Nous étudierons certaines zones du cerveau pour comprendre comment il traite l'information à très fins niveaux. 2. Comment une hormone impliquée dans le comportement social affecte-t-elle le cerveau ? Nous utiliserons notre nouvelle technique d’imagerie et une méthode non invasive pour administrer cette hormone à des zones spécifiques du cerveau, ce qui pourrait nous aider à développer de meilleurs traitements pour les troubles du comportement social comme l'autisme. En repoussant les limites de la technologie IRMf, nous espérons obtenir une compréhension plus approfondie de la manière dont nos cerveaux fonctionnent et développer de nouvelles façons de traiter les troubles neurologiques.

Bénéfices attendus

Comprendre la Conscience: Notre projet vise à améliorer notre compréhension de la manière dont nos cerveaux créent des expériences conscientes. En utilisant une technologie avancée pour étudier le cerveau, nous pouvons cartographier les schémas d'activité cérébraux avec plus de détails, ce qui nous aidera à comprendre comment différentes régions du cerveau travaillent ensemble pour nous rendre conscients du monde qui nous entoure. Cette connaissance peut également être utilisée pour développer de nouveaux traitements contre certains troubles affectant la conscience, tels que le coma ou les états végétatifs. Comprendre le Comportement Social: Nous développons une méthode non invasive pour administrer une substance naturellement présente impliquée dans le comportement social directement à des parties spécifiques du cerveau. En combinant cette approche avec une technologie avancée pour étudier le cerveau, nous pouvons examiner comment cette substance affecte les interactions sociales, y compris notre capacité à lire les expressions faciales. Les résultats de cette recherche pourraient avoir des implications importantes pour le traitement des conditions liées au comportement social, comme l'autisme et les troubles d'anxiété sociale. Avancées dans la Recherche sur le Cerveau: Notre projet a le potentiel de fortement impacter la recherche sur le cerveau et le traitement. En développant une méthode pour administrer des médicaments directement à des parties spécifiques du cerveau, les chercheurs peuvent améliorer les traitements pour diverses pathologies. De plus, la technologie utilisée dans cette étude permettra d’étudier le cerveau dans un niveau de détails jamais ateint auparavant, ce qui mènera à de nouvelles découvertes sur le fonctionnement du cerveau humain.

Procédures

Les animaux impliqués dans cette étude subiront diverses procédures, notamment des examens d'imagerie par résonance magnétique (IRM),. Les scans fonctionnels (IRMf) durent au maximum 8 heures, au nombres de 2 par mois maximum par animal. Certains animaux auront également de petits dispositifs implantés dans leur cerveau pour enregistrer l'activité cérébrale, ce qui nécessite une intervention chirurgicale sous anesthésie durant au maximum 6 heures. De plus, chaque animal recevra au maximum 1 injection toutes les deux semaines par un processus utilisant de l'énergie ultrasonore focalisée Certains animaux seront éveillés pendant les procédures et pourraient ressentir une certaine détresse ou anxiété en raison de l'environnement inhabituel et de la manipulation par les chercheurs. D'autres seront anesthésiés au maximum deux fois par mois, pour certaines procédures, comme la chirurgie (moins de 2h) ou les scanners IRM (6h au maximum), afin de minimiser leur stress et leur inconfort. Les chercheurs surveilleront de près le comportement et les réponses physiologiques des animaux pour s'assurer qu'ils ne subissent pas un état de stress trop important.

Impact sur les animaux

Les animaux impliqués dans cette étude seront pris en charge dans un environnement contrôlé, ce qui pourrait leur causer un certain inconfort ou stress en raison des restrictions de mouvement ou des changements dans leur routine quotidienne. Certaines procédures impliquées dans l'étude nécessitent une chirurgie, qui comporte certains risques (en fonction de l’opération : Infections, hematomes, hémoragies, douleurs post opératoire…), comme toute intervention chirurgicale. Pendant un court moment après la chirurgie, les animaux pourraient ressentir de la douleur ou de l'inconfort et devront peut-être s'adapter à des changements temporaires dans leurs habitudes alimentaires ou d'activité. De plus, l'utilisation de la technologie IRM (Imagerie par Résonance Magnétique) peut causer un certain inconfort en raison des bruits forts et de l'espace confiné. Dans le cadre de l'étude, une procédure utilisant des ultrasons sera utilisée pour administrer une hormone impliquée dans le comportement social. Cette procédure est généralement sûre, mais il existe un faible risque de changements temporaires de la pression artérielle ou d'un léger inconfort au site d'application. L'hormone elle-même peut avoir certains effets temporaires sur le comportement ou la physiologie, tels que des changements dans les interactions sociales ou la fréquence cardiaque, mais ces effets sont généralement légers et de courte durée.

Devenir

Animaux gardé en vie et reutilisés dans d’autres projet après avis du veterinaire.

Remplacement

Dans cette étude, il n'est pas possible d'utiliser des humains comme substituts aux animaux car certaines des procédures que nous devons effectuer ne peuvent être réalisées en toute sécurité ou efficacement sur les humains. Certaines techniques qui nous permettent d'étudier l'activité cérébrale en détail sont trop invasives pour les sujets humains, sauf dans de rares cas où des patients atteints de troubles neurologiques subissent des procédures médicales temporaires. De plus, certains des équipements que nous utilisons ne sont pas encore adaptés à l'usage humain, ce qui rend les modèles animaux essentiels pour notre étude. Nous ne pouvons pas non plus compter sur des simulations informatiques pour étudier des mécanismes cérébraux complexes car ils ne sont pas suffisamment bien compris. Quant à l'utilisation d'animaux autres que les primates, ce n'est pas possible car nous avons besoin d'un animal capable de réaliser des tâches complexes, concentrer son attention et comprendre les interactions sociales. Les macaques sont les seuls animaux non humains qui peuvent apprendre à faire ces tâches dans un délai raisonnable. De plus, leur structure cérébrale est plus similaire à celle des humains que celle d'autres animaux, ce qui en fait de meilleurs modèles pour notre étude. Enfin, bien que certains petits animaux aient des comportements sociaux similaires, ils ne sont pas des substituts appropriés car leurs cerveaux intégrent les informations différemment et manquent de régions spécialisées présentes dans les cerveaux humains qui permettent certaines fonctions complexes étudiées dans cette étude.

Réduction

Pour minimiser le nombre d'animaux nécessaires à cette recherche, nous n'utiliserons que quelques individus par condition expérimentale - généralement 2-3. C'est le nombre minimum qui nous permet d'obtenir des résultats fiables et de confirmer nos découvertes sur plusieurs animaux. À mesure que nous collectons des données, nous les analyserons soigneusement en cours de route. Cela nous aidera à identifier quand nous aurons recueilli suffisamment d'informations, afin que nous puissions arrêter de collecter des données et éviter des procédures inutiles. Les procédures succéssives comportent peu d’effets indésirables sur les animaux, c’est pourquoi nous incluons les mêmes animaux dans plusieurs expériences, et pouvons réduire le nombre total d'animaux nécessaires à notre étude. Par exemple, certains groupes d'animaux participeront à deux sous-projets distincts, ce qui nous aide à atteindre notre objectif de minimiser l'utilisation des animaux tout en continuant à progresser dans la compréhension de questions scientifiques importantes.

Raffinement

Nous voulons nous assurer que les animaux ne sont pas stressé pendant les sessions d'entraînement. Pour y parvenir, nous leur fournissons des chaises spécialement conçues qui répondent à leurs besoins individuels. Ils participent à des tâches cognitives et reçoivent des récompenses telles que de l'eau, du jus, des fruits ou d'autres aliments. Nous limitons les sessions à une durée de 1 et 4 heures, et nous arrêtons lorsque l'animal semble prêt à faire une pause. Pour minimiser l'inconfort et la douleur, nous utilisons des médicaments (anesthésie/analgésie) chaque fois que nécessaire pendant les procédures. Un protocole d’anesthésie sera mis en place pour toute intervention le nécessitant. Nous utiliserons les anesthésiants limitant au maximum l’inconfort. Des points limites précoces et spécifiques sont établis pour réduire au maximum la souffrance et le stress des animaux. Les animaux seront écartés du projet si leur bien-être ou leur santé sont impactés. Nous nous efforçons d’offrir aux animaux un environnement stimulant qui favorise leur bien-être. Pour y parvenir, nous avons mis en place des programmes d'enrichissement conçus pour les maintenir actifs. De plus, nous nous efforçons de veiller au bien être animal. Nous les logeons en groupes sociaux, et utilisons des techniques non invasives chaque fois que possible. Par exemple, nous administrons des médicaments directement dans le cerveau en utilisant une technique spécialisée non invasive, et nous utilisons des systèmes de navigation avancés pour éviter de les sédater pendant les procédures. Après toute intervention chirurgicale, nous veillons à ce qu'ils reçoivent des soins appropriés avec des antibiotiques et des médicaments antidouleur.

Choix des espèces

Pour étudier certains aspects du comportement humain et du fonctionnement cérébral, les chercheurs doivent utiliser des animaux étroitement apparentés aux humains. Dans ce cas, les primates non humains sont le meilleur choix car ils partagent de nombreuses similarités avec nous, ce qui en fait un modèle idéal pour s'assurer que les résultats de l'étude sont pertinents pour les humains. La manière dont différentes parties du cerveau sont organisées chez les primates non humains est plus similaire à celle des humains. Pour étudier des fonctions et comportements complexes, le stade de développement adulte des primates non humains est nécéssaire. Primates adultes, car le développement cérébral doit être terminé. L'une des raisons pour lesquelles d'autres animaux ne conviennent pas à ce type de recherche est que leur cerveau fonctionne différemment du nôtre. Par exemple, certaines tâches réalisables facilement par les humains et les primates non humains peuvent être difficiles ou impossibles pour d'autres animaux. D'autres animaux comme les souris ou les rats ne peuvent pas être utilisés comme substituts aux primates non humains dans cette étude. Cela est dû au fait que ces petits animaux présentent des différences clés dans leur cerveau et leur comportement qui les rendent moins appropriés à l'étude de certains aspects de la biologie humaine. Plus précisément, ils manquent de régions cérébrales spécialisées présentes chez les humains et nos proches parents, qui permettent les fonctions complexes sur lesquelles se concentre cette étude.

Dix des vingt macaques rhésus concernés ont été séparés de leur mère à la naissance et élevés en nursery, aux États-Unis, avant leur arrivée en France. 21 macaques vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, sans qu'aucun soit tué. Chacun reçoit une puce sous la peau de chaque avant-bras, se fait capturer, transporter une heure et demie dans chaque sens, anesthésier et intuber pour trois sessions d'IRM d'environ trois heures, avec un agent de contraste qui s'accumule dans les tissus cérébraux au point d'exiger l'injection d'un chélateur du fer. Tous seront réintroduits dans leur groupe social après une semaine d'absence, réintroduction dont le porteur signale lui-même le risque de conflits et de blessures, et il présente ce groupe façonné par la privation maternelle comme une "opportunité unique".

Objectifs

Les effets de l'adversité sociale précoce ont un impact sur plusieurs domaines des fonctions sociales et cognitives, générant un certain nombre de déficits de régulation émotionnelle et d'attention qui peuvent perdurer tout au long de la vie de l'individu. Les troubles du développement humain, tels que l'anxiété et le trouble du déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité, comptent parmi les formes les plus répandues de troubles psychiatriques et sont connus pour avoir un impact extrêmement négatif sur la vie sociale. Ce projet à pour but de mieux comprendre ces pathologies, d'un point de vue mécanistique et comportemental afin de mieux les détecter et de les traiter. Le projet proposé utilisera un modèle de primate non humain pour mieux comprendre l'impact de l'adversité sociale précoce sur l'émergence de déficits sociaux et cognitifs, de la préadolescence à l'âge adulte. Pour ce faire nous allons profiter de l’existence d’un groupe de macaques rhésus unique sur le territoire français composé d’individus avec des histoires de vie très différentes. Ce groupe en provenance des USA est composé de 10 individus élevés avec leur mère et de 10 individus séparés de leur mère à la naissance et élevés en nursery avec d’autres bébés macaques. Le premier objectif du projet est de mieux comprendre comment la privation sociale précoce module le comportement dans trois dimensions principales de la cognition sociale : les fonctions de régulation émotionnelle, la perception sociale et l'attention. Afin de répondre a cet objectif nous utiliserons des tests comportementaux automatiques en accès libre (sans contrainte pour l’animal). Le deuxième objectif est de mieux comprendre comment l'altération des fonctions sociales associée à l'adversité précoce affecte l'activité des régions cérébrales impliquées dans le traitement sensoriel de la voix et des visages. Le troisième objectif est de mieux comprendre comment deux neurotransmetteurs naturellement présents dans le cerveau interviennent dans les déficits sociaux et d'attention associés à l'adversité précoce. Afin de répondre à ces deux derniers objectifs, l’activité cérébrale des macaques sera étudiée grâce à la réalisation des IRMs, une technique non invasive utilisé aussi chez l’humain. Le projet se déroulera dans deux établissements utilisateurs désignés EU1/2 et EU2/2.

Bénéfices attendus

Les effets de l'adversité sociale précoce chez l’humain ont un impact sur plusieurs domaines des fonctions sociales et cognitives, générant un certain nombre de déficits de régulation émotionnelle et d'attention qui peuvent perdurer tout au long de la vie de l'individu. Les troubles du développement, tels que l'anxiété et le trouble du déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité, comptent parmi les formes les plus répandues de troubles psychiatriques et sont connus pour avoir un impact extrêmement négatif sur la vie sociale. Ce projet à pour but de mieux comprendre ces pathologies, d'un point de vue mécanistique et comportemental afin de mieux les détecter et de les traiter. Spécifiquement, nous prédisons des différences entre les individus exposés à une adversité précoce et les individus élevés avec leur mère au sein de leur groupe social, en ce qui concerne (i) leur performance à des tâches comportementales de type social impliquant des stimuli affectifs (vocalisations, visages) et (ii) dans les réponses cérébrales à des modulations sensorielles impliquant des stimuli sociaux (vocalisations, visages) ou des modulations neuropharmacologiques. Nous testerons l’impact de l’ocytocine, neuromodulateur impliqué dans les comportements sociaux, ainsi que l’impact de la noradrénaline, neuromodulateur impliqué dans le contrôle de l’attention et de l’impulsivité. Ces résultats permettront de mieux comprendre comment l’adversité sociale précoce affecte l’émergence de déficits sociaux et cognitifs à l’âge adulte, avec des applications potentielles pour la détection et le traitement de ces déficits chez l’humain.

Procédures

Pose d’une puce RFID en position sous-cutanée dans chaque avant bras : celle-ci se réalise dans l’EU2/2 lors du contrôle sanitaire des animaux qui dure en moyenne 20 minutes, la pose de puces en elle-même ne dure pas plus de 10 minutes. La capture des animaux se réalise la veille de l’IRM à l’EU2/2 et dure en moyenne une heure (avec ou sans anesthésie). Le transport des animaux jusqu’au centre IRM de l’EU1/2 se décompose en deux trajets (aller et retour) d’une heure et demie chacun. Chacune des trois sessions de scanning à l’EU1/2 dure environ 3 heures incluant la sédation et l’anesthésie de l’animal, son positionnement dans le scanner, l’acquisition des séquences anatomiques et fonctionnelles, puis sa sortie et son réveil. Les sorties, absences et réintroductions auront un impact sur le ou les groupes et sur les individus de ces groupes pouvant engendrer des conflits avec blessures pendant l'absence de certains animaux et aux retours d'autres.

Impact sur les animaux

1) Pose des puces RFID : Stress lié à la capture pouvant nécessiter (rarement) une télé-anesthésie; mise à jeûn 12h avant l’anesthésie ; douleur liée à la piqûre pour l’anesthésie. 2) Transport à l’EU1/2: Stress lié à la capture pouvant nécessiter (rarement) une télé-anesthésie si la méthode standard (cage au bout du tunnel) ne fonctionne pas ; stress lié au transport. 3) Scans IRMf : Stress lié à la capture en cage de contention dans un environnement peu familier; douleur liée à la piqûre pour l’anesthésie; irritation de la trachée liée à l’intubation pour l’anesthésie gazeuse; accumulation d’agent de contraste dans les tissus cérébraux nécessitant une injection d’un chélateur du fer après la 3e session. 4) Hébergement à l’EU1/2: stress lié à la séparation du groupe social pendant une semaine, affectant potentiellement les groupes de manière répétée; stress lié à l’hébergement dans un environnement non familier; stress et blessures potentielles liées à la réintroduction dans le groupe social à l’EU2/2.

Devenir

Le projet ne prévoit la mort d'aucun individu, ils seront tous réintroduits dans leur groupe social.

Remplacement

La recherche scientifique actuelle montre que l’adversité sociale a des effets complexes sur le développement physiologique et cognitif, touchant le système immunitaire, la croissance, le métabolisme et des fonctions allant de la perception sensorielle à des capacités plus élaborées comme la socialisation et la régulation émotionnelle. Cependant, ces impacts ne peuvent être reproduits ni sur des modèles biologiques in vitro, ni sur des modèles computationnels in silico, nécessitant des études sur des organismes en interaction sociale. Ainsi, le recours à l’animal est essentiel. Pour modéliser les effets de l’adversité sociale en lien avec les comportements et les mécanismes cérébraux, les primates constituent des modèles privilégiés. Bien que diverses espèces sociales soient étudiées, seules les espèces partageant des structures cérébrales et des fonctions cognitives comparables à celles des humains offrent une pertinence suffisante. Parmi les primates, les macaques se distinguent par leurs comportements sociaux sophistiqués (hiérarchie, reconnaissance, coopération) et leurs similarités cérébrales avec l’humain, notamment au niveau du cortex préfrontal et de l’amygdale. Ces caractéristiques les rendent particulièrement adaptés à l’étude des effets de l’adversité sociale sur le cerveau et le comportement. Enfin, les études sur l’humain sont limitées par l’impossibilité de contrôler précisément les environnements précoces et leurs évolutions. L’expérimentation chez les macaques permet un contrôle rigoureux des conditions de vie, rendant les résultats plus fiables et transférables à l’humain. Ce projet s’appuie sur un groupe unique de macaques rhésus, dont une moitié a été séparée de leur mère à la naissance, offrant une opportunité unique pour explorer les liens entre adversité sociale, cerveau et comportement.

Réduction

Nous souhaitons profiter de la totalité de ce groupe de macaques unique composéde 10 individus contrôles et 10 individus avec adversité précoce. Ce nombre procurera la puissance statistique nécessaire pour détecter des différences même subtiles entre les deux groupes comme indiqué par des travaux publiés ayant comparé ces deux groupes plus jeunes. La taille de 20 individus correspond à la taille standard de groupes humains étudiés en IRMf et permettant des analyses avec les sujets en variable aléatoire (test T de Student) pouvant être généralisées au-delà de l’échantillon . Des analyses similaires réalisées lorsque ces mêmes animaux étaient plus jeunes ont permis d’observer de claires distinctions fonctionnelles sur des réseaux spécifiques. Les animaux correspondent à une cohorte suivie depuis le plus jeune âge. Le fait de suivre cette cohorte longitudinalement permet d'adresser les effets de l'adversité précoce chez les jeunes puis les adultes sans recours à de nouveaux animaux et correspond à un élément de réduction. Nous utiliserons un seul singe supplémentaire, non relié au groupe de 20 animaux, pour la mise au point du protocole d'IRM.

Raffinement

Les animaleries des deux EU font l’objet d’un planning d’enrichissements soit structurels (divers perchoirs, balançoires...), périodiques (jeux de manipulations proposés selon un rythme hebdomadaire) ou alimentaires (graines dans la litière pour fourragement, glaçons surprises, friandises...). La pose des puces de radio-identification se fera lors du contrôle vétérinaire annuel, afin de limiter les interventions. Pour la capture pour le transport à l’EU1/2 nous amènerons le singe à se rendre volontairement dans une boite de transport accolée au tunnel de son hébergement dans laquelle il sera transféré puis dans une zone d’isolement temporaire en attendant son transport. En cas d’échec de cette méthode, il sera capturé par anesthésie par fléchage. Le fait de grouper les trois sessions d’acquisition sur une semaine consécutive permettra de n’effectuer qu’une seule capture, transport et réintroduction par animal au lieu de trois. Transport : les animaux seront placés dans des cages de transport adaptées et maintenus dans le noir (effet calmant) par un cache inox positionné sur la cage. Le compartiment du véhicule agréé est chauffé lors du transport. Séparation : Les individus ne seront séparés que temporairement (une semaine) de leur groupe social le temps du protocole d’anesthésie et d’acquisition IRM. Après la session IRM à l’EU1/2, au retour à l’EU2/2 les sujets sont surveillés en infirmerie puis réintégrés à leur groupe social le matin suivant. Les réintroductions sont faites selon les procédures validées par le responsable du BEA. Elles sont toutes supervisées par le responsable BEA et réalisées et suivies par l'assistante spécialisée. Sessions IRM au sein de l’EU1/2 : L’injection d’un agent de contraste permet d’augmenter le rapport signal/bruit et donc de diminuer le nombre de scans nécessaires par individu. Si un problème survient lors de l’anesthésie pendant l’IRM (par exemple arythmie, problème respiratoire, hypoxie, arrêt cardiaque, hypothermie etc.), alors le scan est stoppé immédiatement et l’animal est réveillé et surveillé. Les sessions de scans seront séparées par au moins une journée sans scanning permettant aux animaux une journée complète avec alimentation et hydratation normale avant la mise à jeun et anesthésie suivante. Les procédures ne prévoient pas d’infliger une douleur qui nécessiterait une analgésie; cependant des points limites adaptés ont été mis en place en cas de problèmes.

Choix des espèces

Les effets de l’adversité sociale sur le développement physiologique et cognitif touchent le système immunitaire, la croissance, le métabolisme, ainsi que des fonctions comme la socialisation et la régulation émotionnelle. Étudier ces impacts nécessite des organismes en interaction sociale, rendant l’expérimentation animale indispensable. Les macaques, par leur proximité cognitive et cérébrale avec l’humain, sont des modèles idéaux pour explorer ces effets. Leurs comportements sociaux complexes et leurs structures cérébrales, notamment au niveau du cortex préfrontal et de l’amygdale, permettent d’étudier des mécanismes comparables à ceux des humains. En raison des limites des études humaines, l’expérimentation chez les macaques, avec un contrôle strict des conditions de vie, offre des résultats fiables et transposables. Ce projet s’appuie sur un groupe unique de macaques rhésus pour approfondir ces liens: ce groupe en provenance des USA est composé de 10 individus élevés avec leur mère et de 10 individus séparés de leur mère à la naissance et élevés en nursery avec d’autres bébés macaques. Le groupe principal est constitué d'adultes ayant soit subi une adversité précoce dans l'enfance ou non. La phase d'étude des animaux est justifiée par les objectifs du projet, à savoir l'étude de l'impact des conditions sociales de développement sur le comportement et l'activité cérébrale à l'âge adulte.

Deux des six macaques rhésus de ce projet viennent d'un projet antérieur reposant sur la même approche, ce qui leur épargne la pose d'un implant crânien. Les quatre autres subissent une chirurgie de quatre heures pour fixer une pièce de contention sur le crâne, suivie de plusieurs semaines de convalescence, puis d'un conditionnement comportemental sous restriction hydrique. Tous passent une dizaine de périodes d'enregistrement en IRM fonctionnelle vigile, d'une à deux semaines chacune et de nouveau sous restriction hydrique, plus six sessions sous sédation, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Aucun n'est tué à l'issue, quatre étant réutilisés dans des projets de même nature et deux retournant à l'animalerie après désimplantation, ce que le porteur qualifie d'approche "très économe en termes d'individus impliqués".

Objectifs

Ce projet de recherche vise à caractériser les réseaux corticaux qui sous-tendent cognition spatiale et cognition sociale chez le singe macaque. L'objectif est double: (1) comprendre comment ces réseaux s'articulent chez le singe et (2) estimer leur degré d'homologie avec les réseaux supportant les mêmes fonctions cognitives chez l'Homme.

Bénéfices attendus

Les connaissances que ce projet dégageront doivent permettre de mieux comprendre comment cognition spatiale et cognition sociale sont implémentées chez le primate, et en quoi cette implémentation diffère entre l’Homme et le singe macaque. Il s'agit de connaissances fondamentales dont il est difficile de prévoir, par essence, la façon dont elles contribueront à améliorer la santé humaine et/ou animale. Cependant, les troubles touchant la cognition sociale et/ou spatiale chez l'Homme sont suffisament nombreux et invalidants pour justifier de faire progresser nos connaissances fondamentales dans ces domaines.

Procédures

Les 6 macaques rhesus qui participent à ce projet seront impliqués dans une unique procédure qui comporte 4 phases. Deux des animaux seront ré-utilisés d'un projet antérieur (si avis vétérinaire conforme) qui s'appuyait sur la même approche expérimentale, ils n'auront donc pas à repasser les 2 premières des 4 phases décrites ci-après: (A) Pose de la pièce de fixation de tête (n=4): implique une chirurgie d'environ 4 heures sous anesthésie et dans des conditions aseptiques, puis un suivi post-opératoire et une période de convalescence de plusieurs semaines. (B) Conditionnement comportemental (n=4): implique des manipulations quotidiennes d'acclimation à la manipulation, puis un conditionnement comportemental à une tâche de fixation s'accompagnant d'une restriction hydrique contrôlée (quelques semaines à plusiers mois selon les individus). (C) Sessions d’enregistrements IRMf vigile (n=6): implique pour chaque individus une dizaine de périodes d'enregistrement en IRMf, chacune durant entre 1 à 2 semaines. Ces périodes d'enregistrement s'accompagne d'une restriction hydrique et elles sont donc espacées d'au moins un mois pour chaque individus. (D) Sessions d’enregistrements IRMf anesthésié (n=6): implique pour chaque individus 6 sessions d'enregitrement de 45 minutes environ, sous légère sédation et hors périodes de restriction hydriques.

Impact sur les animaux

Les nuisances et effets indésirables potentiels sur les animaux impliqués dans ce projet sont: (1) le stress que peut générer la phase d'habituation à la manipulation, à la chaise à primate et à l'immobilisation de tête, (2) les conséquences de l'anesthésie (déshydratation, dépression respiratoire ou dépression du rythme cardiaque), (3) les complications post-opératoires (douleur potentielle, risques d'infection) (4) le stress et la perte de poids associés à la restriction hydrique.

Devenir

A l'issue de l'unique procédure de ce projet, il n'est prévu aucune mise à mort. Les animaux seront replacés ou réutilisés dans des projets scientifiques de même nature, selon leur âge, leur état de santé, conformément à l'avis vétérinaire qui sera émis le cas échéant.

Remplacement

Les capacités cognitives spatiales et sociales que nous cherchons à comprendre s'expriment, par essence, dans des organismes entiers en interaction avec leur environnement. Comprendre comment ces capacités se sont développées chez les primates pour culminer chez l'homme nécessite une approche comparative homme/singe seule à même de nous apprendre comment fonctionnent les réseaux cérébraux sous-jacents. L'objectif est double (1) identifier les spécificités humaines, (2) caractériser les domaines de pertinence du modèle animal pour l'étude de la cognition spatiale et de la cognition sociale. Ces objectifs scientifiques ne peuvent être atteint qu'en étudiant l'organisation anatomo-fonctionnelle du cerveau chez des singes macaques et des humains placés dans des conditions expérimentales similaires.

Réduction

Le nombre d'animaux impliqués dans ce projet (n=6) est suffisant pour appliquer des tests statistiques classiques et extraire des connaissances robustes et généralisables sur les réseaux corticaux supportant cognition spatiale et cognition sociale chez le singe macaque. Du fait de la nature faiblement invasive des approches déployées ici, les mêmes animaux participeront à tous les protocoles d’imagerie fonctionnelle et structurelle, permettant de réduire le nombre d'individus à implanter. Il est a noté que 2 des 6 animaux inclus dans ce projet sont réutilisés suite à leur implication dans un projet antérieur reposant sur des méthodes similaires à celles proposées ici. De même, aucun animal ne sera sacrifié en fin de projet. Ils seront réutilisés dans des projets de même nature si leur âge et leur état de santé le permet, ou seront désimplantés et continueront à être hébergés dans notre animalerie. Cette approche est ainsi très économe en termes d'individus impliqués.

Raffinement

Tout stress ou souffrance des animaux ayant un effet négatif sur les processus cognitifs étudiés, il convient de veiller à les diminuer au maximum. Dans le cadre de ce projet, cela passe notamment par une pose d'implant de tête sous anesthésie générale, l'utilisation d'analgésie en post-opératoire, une surveillance continue des animaux pour détecter tout signe de détresse et un conditionnement comportemental très graduel. Chacune de ses étapes est associée à un ensemble de points limites stricts qui, s'ils sont dépassés, justifieront l'arrêt temporaire ou définitif de la procédure en cours. Par ailleurs, une grande attention est portée à l'environnement de nos animaux, avec des enclos de 4 individus permettant les interactions sociales dans un milieu spacieux et enrichis (perchoirs, lianes, jouets, etc). Des bassines sont aussi présentes dans les enclos quand les animaux en restriction hydrique n'y sont pas. Tout sera mis en oeuvre pour minimiser les nuisances sur les animaux impliqués dans ce projet. Notre recul de 10 ans dans l'emploi de ces approches expérimentales nous permet d'affirmer que leur impact négatif sur la santé des animaux est généralement minime et réversible. Le stress potentiel engendré par la manipulation des animaux et leur contention est réduit au maximum par une acclimatation lente et progressive à ces manipulations. Le stress hydrique potentiel durant les phases de conditionnement ou d'enregistrement est contrôlé de façon fine (évolution du poids, de la prise alimentaire, screening comportemental, complémentation hydrique éventuelle pour assurer les besoins journaliers). Enfin, si la pose d'une pièce de fixation est généralement très bien tolérée par les animaux, nous veillons à prévenir toute infection éventuelle autour de cette pièce par des nettoyages fréquents (une fois par semaine en général et plus si nécessaire).

Choix des espèces

Le singe macaque est un modèle central en Neurosciences Intégratives de par ses similitudes comportementales et cérébrales avec l'Homme et sa facilité de conditionnement sur des tâches cognitives complexes. Beaucoup de nos connaissances sur le cerveau proviennent d'études invasives menées sur ce primate. Avec l'avènement des techniques d'imagerie fonctionnelle chez l'Homme, puis leur implémentation chez le singe, il est devenu possible d'adresser la question des homologies interspécifiques de façon directe et ainsi de baser le transfert de connaissances sur des bases plus solides. Ces 2 espèces de primate ayant divergées il y a environ 25 millions d'années, le modèle singe offre de plus l'opportunité d'interroger d'un point de vue évolutif les substrats corticaux qui ont rendu possible l'émergence de certaines spécificités humaines liées à la cognition spatiale et/ou sociale (manipulation d'outils, hypersocialité, langage, etc.). Les animaux utilisés doivent avoir atteint l'âge adulte pour éviter des problèmes potentiels quand l'implant de tête est posé alors que le crâne n'a pas fini sa croissance. Ils ne doivent pas être trop vieux pour minimiser les risques liés à l'anesthésie et éviter la variabilité potentielle d'un déclin cognitif lié à l'âge.

Contenus jusqu'à quatre heures pour des perfusions intraveineuses, parfois hébergés seuls pour éviter les contaminations, 302 macaques subissent des administrations quotidiennes ou hebdomadaires et des biopsies sous sédation. 256 macaques crabiers et 46 macaques rhésus sont concernés, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Le porteur présente ces études exploratoires comme se faisant "avec peu d'animaux", au motif qu'elles sécurisent des études réglementaires plus lourdes. 70 d'entre eux pourront être gardés vivants et réutilisés dans un autre projet, les 232 autres sont tués, en partie pour l'analyse histopathologique de leurs organes.

Objectifs

Ces études permettent d’établir ou de confirmer les homologies biologiques entre le primate non humain et l'Homme (par exemple vérification de la liaison du candidat médicament à sa cible pharmacologique dans cette espèce), en préparation ou en complément des études réglementaires. Ces études permettent d’obtenir des données sur la réponse immunitaire, la toxicité éventuelle du composé pharmaceutique avec pour but d'assurer la santé des patients. Elles permettent également de sélectionner un composé possédant un rapport efficacité/toxicité optimal dans l'espèce primate non humain. Ces études sont aussi utilisées pour choisir une voie d'administration efficace et adaptée chez le primate non humain. Lorsqu'elles sont réalisées avant le démarrage d'études réglementaires avec des conditions particulières (voie d'administration ou investigations particulières), ces études préliminaires avec peu d'animaux permettent d'assurer le succès des études règlementaires qui nécessitent des nombres plus importants d'animaux, en évitant ainsi le risque de devoir les répéter.

Bénéfices attendus

Ces études permettent d’obtenir des données sur la réponse immunitaire, la toxicité éventuelle du composé, et aussi de choisir les doses dans les premières études règlementaires. Elles permettent également, lors de criblages, de sélectionner un composé possédant un rapport efficacité/toxicité optimal dans l'espèce primate non humain. Ces études sont aussi utilisées pour choisir une voie d'administration efficace et adaptée. Les études exploratoires peuvent également être conçues pour montrer l’efficacité d’un produit, s’il est possible de l’étudier dans un modèle animal sain. En amont des études règlementaires, ces études préliminaires, avec peu d'animaux, permettent souvent d'assurer le succès des études règlementaires qui nécessitent des nombres plus importants d'animaux, en évitant ainsi le risque de devoir les répéter.

Procédures

Les animaux sont traités par différentes voies (ex : orale, injection intramusculaire) de façon journalière ou hebdomadaire avec le composé d’intérêt. La durée de l’administration est généralement rapide (quelques secondes à quelques minutes) et peut atteindre 4h maximum dans le cas de perfusion intraveineuse. Les prélèvements seront réalisés en respectant les recommandations éthiques en vigueur adaptées au type de prélèvement et en respectant une période de récupération adaptée pour l’animal entre deux prélèvements. Les prélèvements réalisés chez l’animal vigile sont peu invasifs (ex : sang, par les voies veineuses périphériques) et nécessitent une contention de courte durée (jusque 4h maximum pour des perfusions intraveineuses). Pour les prélèvements nécessitant une sédation et/ou une anesthésie (ex. biopsie), l’animal sera surveillé jusqu’à son réveil complet. Pour certaines études (rares), un hébergement individuel peut être requis pour collecter des données individuelles ou éviter les contaminations d'un animal à l'autre.

Impact sur les animaux

Les effets indésirables attendus correspondent essentiellement : -aux effets du produit administré -à l’inconfort généré par les procédures -aux prélèvements sur animaux vigiles : stress provoqué par la contention et/ou l’hébergement individuel (contacts olfactifs, visuels, sonores… préservés), le cas échéant -à la sédation/anesthésie générale -aux prélèvements comme les biopsies - Stress lors de contraintes occasionnelles liées à la procédure d’administration (ex : administration répétée) et à l’hébergement, notamment lors d’hébergement individuel, et de contentions le cas échéant, pour la réalisation de certains examens (ex : ECG).

Devenir

Les études de toxicologie peuvent inclure une analyse histopathologique pour évaluer les potentiels effets toxiques sur les organes et tissus. Les animaux pour lesquels aucune analyse histopathologique n'est nécessaire, et pour lequels des effets limités du traitement ont été observés peuvent être gardés en vie, et possiblement être réutilisés dans un autre projet après une période de récupération et sous réserve d'accord du vétérinaire.

Remplacement

L'évaluation de la toxicité d'un candidat médicament et/ou d’un dispositif médical ne peut pas être réalisée in vitro. Il n'existe pas de méthode alternative in vitro pour ce type de procédure de traitement identique à celle utilisée chez l'homme, en raison notamment de la complexité que représente un organisme vivant. Dans certains cas, l'espèce primate non humain est la seule espèce pertinente pour les essais pré-cliniques (similarités physiologiques ou métaboliques Homme-primate non humain), par exemple dans le cas de composés biologiques (protéines thérapeutiques, anticorps monoclonaux, vaccins thérapeutiques anti-cancer...).

Réduction

Le nombre d'animaux par groupe correspond au minimum nécessaire et suffisant pour obtenir des résultats fiables et atteindre les objectifs de l’étude. Le besoin de groupe contrôle, le nombre de doses nécessaires, ainsi que les prélèvements et la sensibilité des méthodes analytiques sont évalués systématiquement pour assurer une réduction du nombre d’animaux. En se basant sur des tests statistiques, comprenant à minima des tests de normalité, d’analyse de la variance et tests comparant les moyennes des groupes, le nombre d’animaux utilisés est le minimum possible en fonction de ces considérations et des objectifs de l’étude.

Raffinement

Les procédures, les conditions d’hébergement et matériel utilisés ainsi que les enrichissements fournis sont adaptés aux animaux utilisés dans ce projet. Des enrichissements variés (ex : graines dans des copeaux, tablettes à différentes hauteur) sont fournis aux animaux leur permettant d’exprimer les comportements physiologiques et activités qu’ils auraient dans leur habitat naturel (ex : recherche d’aliment, épouillage, temps d’isolement). L’attention portée aux animaux et leur surveillance clinique sont adaptées aux études, en tenant compte des points limites éthiques établis par procédure. Les actes pouvant engendrer du stress, de l’inconfort ou des douleurs importantes seront réduits au minimum nécessaire et seront réalisés sous sédation ou anesthésie générale avec un protocole analgésique adapté dans le cas échéant. Dans le cas où l’anesthésie est jugée plus traumatisante pour l’animal et/ou si l’anesthésie est incompatible avec les prélèvements prévus, les prélèvements seront réalisés sur l’animal vigile, notamment les prélèvements sanguins et le recueil d’urine, par exemple. L’état de santé des animaux sera surveillé tout au long de l'étude et évalué grâce à la mise en place de points limites qui permettront d'intervenir immédiatement s'il y a un signe d’inconfort ou de souffrance et de veiller au bien-être des animaux. Les mesures sont prises dès que possible pour réduire la souffrance des animaux. D’autres traitements peuvent être mis en place suivant les recommandations des vétérinaires, selon les observations, conditions d’expérimentation.

Choix des espèces

Le choix du primate non humain est justifié par : - les homologies avec l'homme - la disponibilité d'études préliminaires sur cette espèce, - les données de pharmacocinétique, pharmacodynamie… Certains composés biologiques ciblant le système immunitaire [anticorps monoclonaux, protéines et vaccins thérapeutiques (anti-cancer, anti-Alzheimer…)] doivent être testés chez le primate non humain (espèce non-rongeur avec le système immunitaire le plus proche de l'Homme). Le choix de l’espèce de primate (Macaca fascicularis, Macaca mulatta) est le plus souvent déterminé par des études in-vitro permettant de comparer le métabolisme de ces espèces avec celui de l’homme, ou de prouver que le candidat médicament a la même affinité pour sa cible chez le primate non humain et l’homme. La pharmacocinétique du candidat médicament est également prise en compte, ainsi que les connaissances acquises avec des produits de même classe pharmacologique. Les macaques (crabiers ou rhésus) sont les seules espèces de primates utilisées dans les études de toxicologie réglementaire. Les animaux sont généralement âgés de 2 à 4 ans. Pour certains composés, des animaux mâtures (d'un point de vue maturité sexuelle ou maturité du système immunitaire) doivent être utilisés (par exemple nouveau produit contraceptif, des anticancéreux, des immunomodulateurs). Dans ce cas les femelles ont en général au-moins 4 ans, et les mâles au minimum 4 à 5 ans. Pour certaines indications, il sera indispensable de tester le candidat chez un animal un peu plus jeune (20 mois minimums).

Onze macaques rhésus vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, chacun pouvant subir jusqu'à quarante séances sous anesthésie générale de une à six heures. Deux d'entre eux reçoivent en plus une chirurgie de quatre à huit heures pour l'implantation permanente d'électrodes intracrâniennes, avec les risques d'hémorragie et d'infection que le porteur décrit. Trois autres sont entraînés à rester éveillés, la tête fixée, dans un scanner IRM. Aucun n'est tué à l'issue, le porteur indiquant que les onze pourront être réutilisés dans d'autres projets selon la décision du vétérinaire, et justifiant le macaque comme "le meilleur compromis" entre proximité avec l'humain et adaptabilité aux conditions de laboratoire.

Objectifs

Peut-on rétablir la conscience suite à un coma par une stimulation du cerveau ? Un traumatisme crânien ou un accident vasculaire cérébral peuvent causer une perte de conscience. De nombreux patients ne recouvrent jamais un niveau de conscience normal. Ils restent dans un état chronique de troubles de la conscience, qui peut perdurer plusieurs années. Il s’agit de conditions dévastatrices, où les patients, tout en conservant les fonctions vitales comme la respiration, la digestion etc., perdent le cœur de leur identité : la conscience. Ces conditions ont un impact personnel, social et économique très lourd, et pourtant à ce jour nous ne disposons pas de traitement efficace prouvé. Des études récentes montrent que la stimulation cérébrale profonde du thalamus peut restaurer la conscience chez un primate anesthésié. Cependant cette technique nécessite une intervention chirurgicale invasive avec des risques tels que l'hémorragie cérébrale ou l’infection. En outre, le taux de réussite des études cliniques préliminaires reste modeste. Il est donc nécessaire de développer une nouvelle approche thérapeutique non invasive. Nous allons explorer l’usage de nouvelles technologies non invasives de stimulation cérébrale afin de restaurer l’état de conscience. Récemment les ultrasons focalisés de faible intensité sont apparus comme une technologie prometteuse. Il s’agit d’envoyer des vibrations non audibles (ultrasons, US) qui affectent les tissus. Combinés à une injection dans le sang, les US permettent la livraison de médicaments à des cibles spécifiques dans le cerveau, pour une thérapie plus efficace. Une deuxième technique est la TIS (stimulation électrique par interférence temporelle) qui produit un effet par l’intersection de deux courants électriques très faibles traversant le cerveau. Nous proposons donc d’étudier la possibilité de réveiller des primates anesthésiés avec une stimulation par ultrasons focalisés, associée ou non à l’injection de médicaments d’intérêt, ou par interférence temporelle. Pour suivre au cours du temps les effets de la stimulation, nous étudierons les signatures neuronales de la conscience par IRM fonctionnelle et électroencéphalogramme. Cela constituerait une première étape dans le développement d’une thérapie non invasive pour les patients dans un état de perte ou désordre de la conscience.

Bénéfices attendus

Le principal bénéfice attendu de ce projet est le développement d’un nouveau traitement de la perte de la conscience aiguë (coma) et chronique (état végétatif, état de conscience minimale) par stimulation cérébrale non invasive. La validation préclinique est une étape importante vers la réalisation d’essais cliniques chez les patients comateux ou atteints de désordres chroniques de la conscience. Ainsi, en cas de succès, nous allons ensuite travailler pour la translation de ces techniques chez l’humain. Un deuxième bénéfice est d’ordre de la connaissance scientifique. Les ultrasons focalisés ont été développé récemment et ouvrent des voies nouvelles, impossibles avec d’autres techniques de stimulation plus traditionnelles. L’utilisation de l’imagerie cérébrale (IRM fonctionnelle) nous permettra de mieux comprendre les mécanismes cérébraux précis de ces nouvelles technologies de stimulation cérébrale non invasive. Très récentes et prometteuses, elles sont encore peu étudiées, alors que leurs effets sur le cerveau sont très complexes. Notre projet permettra de mieux comprendre les mécanismes d’action de ces techniques, leur utilité clinique, leurs similarités et différences avec la technique plus vieille et invasive appelée DBS (deep brain stimulation, stimulation cérébrale profonde). Tout cela sera fait avec un focus sur les troubles de la conscience, mais les informations récoltées auront un impact beaucoup plus général, parce que ces deux nouvelles techniques de stimulation cérébrale pourront potentiellement être utilisées dans de très nombreuses applications médicales. À titre d’exemple, ce type de stimulation peut être bénéfique pour des troubles neurologiques comme la maladie de Parkinson, ou psychiatriques comme la dépression.

Procédures

Nous aurons trois groupes d’animaux. Un premier groupe recevra des stimulations du cerveau sous anesthésie, pour voir si l’intervention peut restaurer la conscience. Les sessions sous anesthésie prévues seront jusqu’à 40 par animal et auront une durée comprise entre 1h et 6h. Le nombre exact de sessions dépendra du succès de la manipulation. La stimulation pourra être effectuée par ultrasons ou par des courants à basse intensité (1h max). Les mesures des effets seront effectuées par électroencéphalogramme (EEG) ou résonance magnétique (IRM). Les sessions de stimulation impliquent l’application d’un ou plusieurs dispositifs au contact de la peau de l’animal. Dans certains cas, la stimulation sera associée à l’injection de médicaments et de microbulles gazeuses dans le sang. Un deuxième groupe recevra ces mêmes stimulations, mais aussi une stimulation plus traditionnelle et invasive appelée stimulation cérébrale profonde (DBS, pour comparaison, toujours sous anesthésie. Les sessions prévues auront même durée (1h à 6h) et seront au plus 40 par animal. Les mesures des effets seront également obtenues par EEG et IRM. Les animaux de ce groupe subiront une chirurgie (4 à 8 h) pour installer l’équipement intracrânien. Un troisième groupe recevra les mêmes stimulations non invasives du premier groupe (au plus 20 sessions de 1h à 6h par sujet), mais réalisera aussi des sessions à l’état éveillé, et sans stimulation, comme contrôle. Ces animaux devront être entraînés par des sessions quotidiennes à rester calmes et le plus immobiles possible pendant ces sessions, à l’aide de récompenses alimentaires ; à la fin de cet entrainement les sessions de test seront acquises (jusqu’à 80 sessions de 1h à 2h, entrainement et test confondus). Les animaux de ce groupe devront avoir une chirurgie (3 à 6 h) pour recevoir un équipement extracrânien qui permet de garder leur tête immobile dans le scanner IRM.

Impact sur les animaux

● L’anesthésie peut causer des effets indésirables bien connus , Les nausées/vomissements , les lésions de la gorge/trachée dues à l’intubation , le maintien prolongé dans la même position peut causer des douleurs musculaires. Les effets indésirables graves et la mortalité restent extrêmement rares dans une anesthésie contrôlée de ce type. ● L’usage de l’agent de contraste utilisé peut causer une accumulation de fer dans les tissus, mais cela n’a pas d’impact appréciable sur la santé des animaux. ● Des stimulations trop intenses par FUS peuvent produire des lésions, donc nous en allons contrôler attentivement l’intensité. ● La DBS ne cause pas d’effets négatifs au moment de la stimulation, mais elle requiert la pose chirurgicale d’un implant permanent intracrânien. Cela entraîne des risques d’infection et d’hémorragie. Un suivi adapté est spécifiquement mis en place en post-opératoire. La chirurgie peut causer de la douleur post-opératoire. Sur le long terme, la présence de l’implant cause un inconfort minimal chez l’animal. ● L’implant extracrânien implique des effets différents. La chirurgie est moins invasive, donc le risque d’hémorragie est moindre. il peut occasionnellement produire une infection.. Si le singe exerce trop de force quand il est fixé, cela peut fragiliser l’implant et conduire à son détachement ou le casser. ● L’entraînement et l’IRM vigiles peuvent causer de l’inconfort voire du stress à l’animal à cause de la fixation de la tête, du bruit et des protections auditives, de l’espace restreint.

Devenir

Les animaux sont gardés en vie en fin de procédure, car il n’y a pas d’éléments scientifiques dans ce projet qui nécessitent une mise à mort. Les animaux pourront être réutilisés pour d’autres projets selon la décision du vétérinaire.

Remplacement

Une procédure médicale comme la neuromodulation pour la restauration de la conscience doit être testée sur des organismes vivants avant d’être appliquée à l’homme. Il existe des modèles informatiques de la conscience, mais ces modèles ne sont absolument pas réalistes au point de pouvoir remplacer des études biologiques, parce que le cerveau est extrêmement complexe, et la conscience est une des facultés les plus sophistiquées du cerveau et encore très mal comprise. Au contraire, les mesures expérimentales que nous recueillerons dans ce projet pourront être utilisées pour perfectionner ces modèles informatiques. Il ne serait par ailleurs pas admissible d’appliquer directement sur des patients des techniques non testées, d’autant plus que cette population avec des troubles de conscience ne peut pas exprimer un consentement informé à la participation à une étude expérimentale. L’usage d’animaux pour cette recherche à visée médicale reste donc le choix privilégié.

Réduction

Le nombre d’animaux choisi est basé sur la littérature scientifique et nos propres expériences précédentes. Il n'y a donc pas eu d'approche statistique necessaire. Nous testerons les trois types d’interventions sur un premier groupe de 6 sujets. Cette recherche demande de nombreuses sessions sous anesthésie, nous avons donc choisi 6 sujets pour trouver un équilibre entre le nombre d’animaux, le plus petit possible, et le fait que le nombre total et la fréquence des anesthésies par animal ne soient pas trop importants. Le groupe 2, recevant une intervention chirurgicale invasive est réduit au strict minimum de 2 sujets. Le groupe 3, utilisé comme contrôle pour effectuer des sessions « éveillées » comprend 3 sujets. Ce nombre a été choisi pour être également le plus petit possible, mais à cause des contraintes dues à l’entraînement, il devra être légèrement plus large que le groupe 2. Chaque session IRM sera analysée avant d’être répétée, afin d’estimer la qualité des données et la force des résultats, pour limiter le nombre d’examens par animal au minimum nécessaire.

Raffinement

Toute mesure sera prise pour améliorer le bien-être des animaux et réduire leur souffrance. La plus grande partie des étapes de ce projet sera réalisée sous anesthésie générale. Néanmoins il est nécessaire d’avoir des sessions de contrôle dans un état éveillé, pour juger de l’efficacité des interventions expérimentales. Anesthésie - Médicament pour protéger les oreilles en cas d’utilisation d’un support de la tête incluant des barres d’oreilles. - Anesthésie locale de la glotte avant intubation de l'animal. - Surveillance en continu des paramètres physiologiques pendant toute la durée de l’anesthésie. Couverture chauffante pour le maintien de la température corporelle. Hydratation intraveineuse. - Surveillance au moment du réveil jusqu’à que l’animal se lève et isolement des partenaires jusqu’à la reprise des forces, nécessaire pour éviter des combats pour la hiérarchie. Traitement anti-douleur - Lors des chirurgies, la douleur est prise en charge par un traitement pré-, per- et post-opératoire adapté. Comportement - Différents types d’enrichissement sont utilisés - L’entraînement à tolérer des sessions dans un état éveillé dans le scanner IRM est graduel et minimise le stress. - L’entraînement se fera sur la base du renforcement positif, donc avec des récompenses alimentaires (par exemple jus de fruit ou compote) et sans punitions. IRM - Usage de protections auditives. - La durée des sessions IRM vigiles sera réduite au minimum (on vise 1h et sans jamais dépasser les 2h). Neurostimulation - Les paramètres de stimulation seront calculés de manière à éviter tout effet indésirable Surveillance L’état général de chaque animal est évalué au quotidien dans sa propre cage par les expérimentateurs ou techniciens. Sont alors vérifiés l’apparence physique, la réactivité, le comportement (changement de l’attitude). Les courbes de poids des primates sont informatisées et surveillés de prêt afin de détecter des variations du poids. Mise en place de points limite adaptés.

Choix des espèces

Le macaque est le meilleur compromis pour avoir une espèce suffisamment proche de l’être humain, adaptable aux conditions de laboratoire, sans devoir travailler directement chez l’humain. Dans ce projet nous étudions les bases neurales de la conscience et la possibilité de la restaurer en cas de perte de conscience. Or des animaux évolutivement plus éloignés de nous, comme les souris ou les non-mammifères, ont une structure cérébrale considérablement différente, en particulier en ce qui concerne la conscience, car la conscience humaine dépend des parties évolutivement plus récentes du cerveau. Pour cette raison, une technique qui affecte l’état d’éveil chez un animal qui n’est pas un primate, ne va pas forcément être efficace pour restaurer la conscience d’un être humain. Le macaque est actuellement le modèle primate non-humain le plus utilisé au monde dans le domaine des neurosciences, précisément parce qu’il correspond au mieux à tous ces critères, et il est particulièrement approprié pour une étude préclinique sur la conscience. Nous allons utiliser des primates adultes pour que le développement du cerveau soit complet avec pour but ultime de traiter les troubles de la conscience chez les patients humains adultes. Nous n’aborderons pas ici des thématiques pédiatriques.

Venus des États-Unis, dix macaques rhésus séparés de leur mère à la naissance et élevés en nursery, et dix élevés par leur mère, forment la cohorte que ce projet suit jusqu'à l'âge adulte. 21 macaques vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, aucun ne devant être tué, tous étant réintroduits dans leur groupe social. Ils reçoivent une puce sous la peau de chaque avant-bras, sont capturés la veille de chaque IRM, transportés une heure et demie à l'aller comme au retour, puis anesthésiés et intubés pour trois sessions de scanner d'environ trois heures. Le porteur signale l'irritation de la trachée liée à l'intubation, l'accumulation d'agent de contraste dans le cerveau qui impose une injection de chélateur du fer, les conflits et blessures possibles au retour dans le groupe, et présente le suivi de cette cohorte déjà constituée comme un élément de réduction du nombre d'animaux non-humains utilisés.

Objectifs

Les effets de l'adversité sociale précoce ont un impact sur plusieurs domaines des fonctions sociales et cognitives, générant un certain nombre de déficits de régulation émotionnelle et d'attention qui peuvent perdurer tout au long de la vie de l'individu. Les troubles du développement humain, tels que l'anxiété et le trouble du déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité, comptent parmi les formes les plus répandues de troubles psychiatriques et sont connus pour avoir un impact extrêmement négatif sur la vie sociale. Ce projet à pour but de mieux comprendre ces pathologies, d'un point de vue mécanistique et comportemental afin de mieux les détecter et de les traiter. Le projet proposé utilisera un modèle de primate non humain pour mieux comprendre l'impact de l'adversité sociale précoce sur l'émergence de déficits sociaux et cognitifs, de la préadolescence à l'âge adulte. Pour ce faire nous allons profiter de l’existence d’un groupe de macaques rhésus unique sur le territoire français composé d’individus avec des histoires de vie très différentes. Ce groupe en provenance des USA est composé de 10 individus élevés avec leur mère et de 10 individus séparés de leur mère à la naissance et élevés en nursery avec d’autres bébés macaques. Le premier objectif du projet est de mieux comprendre comment la privation sociale précoce module le comportement dans trois dimensions principales de la cognition sociale : les fonctions de régulation émotionnelle, la perception sociale et l'attention. Afin de répondre a cet objectif nous utiliserons des tests comportementaux automatiques en accès libre (sans contrainte pour l’animal). Le deuxième objectif est de mieux comprendre comment l'altération des fonctions sociales associée à l'adversité précoce affecte l'activité des régions cérébrales impliquées dans le traitement sensoriel de la voix et des visages. Le troisième objectif est de mieux comprendre comment deux neurotransmetteurs naturellement présents dans le cerveau interviennent dans les déficits sociaux et d'attention associés à l'adversité précoce. Afin de répondre à ces deux derniers objectifs, l’activité cérébrale des macaques sera étudiée grâce à la réalisation des IRMs, une technique non invasive utilisé aussi chez l’humain. Le projet se déroulera dans deux établissements utilisateurs désignés EU1/2 et EU2/2.

Bénéfices attendus

Les effets de l'adversité sociale précoce chez l’humain ont un impact sur plusieurs domaines des fonctions sociales et cognitives, générant un certain nombre de déficits de régulation émotionnelle et d'attention qui peuvent perdurer tout au long de la vie de l'individu. Les troubles du développement, tels que l'anxiété et le trouble du déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité, comptent parmi les formes les plus répandues de troubles psychiatriques et sont connus pour avoir un impact extrêmement négatif sur la vie sociale. Ce projet à pour but de mieux comprendre ces pathologies, d'un point de vue mécanistique et comportemental afin de mieux les détecter et de les traiter. Spécifiquement, nous prédisons des différences entre les individus exposés à une adversité précoce et les individus élevés avec leur mère au sein de leur groupe social, en ce qui concerne (i) leur performance à des tâches comportementales de type social impliquant des stimuli affectifs (vocalisations, visages) et (ii) dans les réponses cérébrales à des modulations sensorielles impliquant des stimuli sociaux (vocalisations, visages) ou des modulations neuropharmacologiques. Nous testerons l’impact de l’ocytocine, neuromodulateur impliqué dans les comportements sociaux, ainsi que l’impact de la noradrénaline, neuromodulateur impliqué dans le contrôle de l’attention et de l’impulsivité. Ces résultats permettront de mieux comprendre comment l’adversité sociale précoce affecte l’émergence de déficits sociaux et cognitifs à l’âge adulte, avec des applications potentielles pour la détection et le traitement de ces déficits chez l’humain.

Procédures

Pose d’une puce RFID en position sous-cutanée dans chaque avant bras : celle-ci se réalise dans l’EU2/2 lors du contrôle sanitaire des animaux qui dure en moyenne 20 minutes, la pose de puces en elle-même ne dure pas plus de 10 minutes. La capture des animaux se réalise la veille de l’IRM à l’EU2/2 et dure en moyenne une heure (avec ou sans anesthésie). Le transport des animaux jusqu’au centre IRM de l’EU1/2 se décompose en deux trajets (aller et retour) d’une heure et demie chacun. Chacune des trois sessions de scanning à l’EU1/2 dure environ 3 heures incluant la sédation et l’anesthésie de l’animal, son positionnement dans le scanner, l’acquisition des séquences anatomiques et fonctionnelles, puis sa sortie et son réveil. Les sorties, absences et réintroductions auront un impact sur le ou les groupes et sur les individus de ces groupes pouvant engendrer des conflits avec blessures pendant l'absence de certains animaux et aux retours d'autres.

Impact sur les animaux

1) Pose des puces RFID : Stress lié à la capture pouvant nécessiter (rarement) une télé-anesthésie; mise à jeûn 12h avant l’anesthésie ; douleur liée à la piqûre pour l’anesthésie. 2) Transport à l’EU1/2: Stress lié à la capture pouvant nécessiter (rarement) une télé-anesthésie si la méthode standard (cage au bout du tunnel) ne fonctionne pas ; stress lié au transport. 3) Scans IRMf : Stress lié à la capture en cage de contention dans un environnement peu familier; douleur liée à la piqûre pour l’anesthésie; irritation de la trachée liée à l’intubation pour l’anesthésie gazeuse; accumulation d’agent de contraste dans les tissus cérébraux nécessitant une injection d’un chélateur du fer après la 3e session. 4) Hébergement à l’EU1/2: stress lié à la séparation du groupe social pendant une semaine, affectant potentiellement les groupes de manière répétée; stress lié à l’hébergement dans un environnement non familier; stress et blessures potentielles liées à la réintroduction dans le groupe social à l’EU2/2.

Devenir

Le projet ne prévoit la mort d'aucun individu, ils seront tous réintroduits dans leur groupe social.

Remplacement

La recherche scientifique actuelle montre que l’adversité sociale a des effets complexes sur le développement physiologique et cognitif, touchant le système immunitaire, la croissance, le métabolisme et des fonctions allant de la perception sensorielle à des capacités plus élaborées comme la socialisation et la régulation émotionnelle. Cependant, ces impacts ne peuvent être reproduits ni sur des modèles biologiques in vitro, ni sur des modèles computationnels in silico, nécessitant des études sur des organismes en interaction sociale. Ainsi, le recours à l’animal est essentiel. Pour modéliser les effets de l’adversité sociale en lien avec les comportements et les mécanismes cérébraux, les primates constituent des modèles privilégiés. Bien que diverses espèces sociales soient étudiées, seules les espèces partageant des structures cérébrales et des fonctions cognitives comparables à celles des humains offrent une pertinence suffisante. Parmi les primates, les macaques se distinguent par leurs comportements sociaux sophistiqués (hiérarchie, reconnaissance, coopération) et leurs similarités cérébrales avec l’humain, notamment au niveau du cortex préfrontal et de l’amygdale. Ces caractéristiques les rendent particulièrement adaptés à l’étude des effets de l’adversité sociale sur le cerveau et le comportement. Enfin, les études sur l’humain sont limitées par l’impossibilité de contrôler précisément les environnements précoces et leurs évolutions. L’expérimentation chez les macaques permet un contrôle rigoureux des conditions de vie, rendant les résultats plus fiables et transférables à l’humain. Ce projet s’appuie sur un groupe unique de macaques rhésus, dont une moitié a été séparée de leur mère à la naissance, offrant une opportunité unique pour explorer les liens entre adversité sociale, cerveau et comportement.

Réduction

Nous souhaitons profiter de la totalité de ce groupe de macaques unique composéde 10 individus contrôles et 10 individus avec adversité précoce. Ce nombre procurera la puissance statistique nécessaire pour détecter des différences même subtiles entre les deux groupes comme indiqué par des travaux publiés ayant comparé ces deux groupes plus jeunes. La taille de 20 individus correspond à la taille standard de groupes humains étudiés en IRMf et permettant des analyses avec les sujets en variable aléatoire (test T de Student) pouvant être généralisées au-delà de l’échantillon . Des analyses similaires réalisées lorsque ces mêmes animaux étaient plus jeunes ont permis d’observer de claires distinctions fonctionnelles sur des réseaux spécifiques. Les animaux correspondent à une cohorte suivie depuis le plus jeune âge. Le fait de suivre cette cohorte longitudinalement permet d'adresser les effets de l'adversité précoce chez les jeunes puis les adultes sans recours à de nouveaux animaux et correspond à un élément de réduction. Nous utiliserons un seul singe supplémentaire, non relié au groupe de 20 animaux, pour la mise au point du protocole d'IRM.

Raffinement

Les animaleries des deux EU font l’objet d’un planning d’enrichissements soit structurels (divers perchoirs, balançoires...), périodiques (jeux de manipulations proposés selon un rythme hebdomadaire) ou alimentaires (graines dans la litière pour fourragement, glaçons surprises, friandises...). La pose des puces de radio-identification se fera lors du contrôle vétérinaire annuel, afin de limiter les interventions. Pour la capture pour le transport à l’EU1/2 nous amènerons le singe à se rendre volontairement dans une boite de transport accolée au tunnel de son hébergement dans laquelle il sera transféré puis dans une zone d’isolement temporaire en attendant son transport. En cas d’échec de cette méthode, il sera capturé par anesthésie par fléchage. Le fait de grouper les trois sessions d’acquisition sur une semaine consécutive permettra de n’effectuer qu’une seule capture, transport et réintroduction par animal au lieu de trois. Transport : les animaux seront placés dans des cages de transport adaptées et maintenus dans le noir (effet calmant) par un cache inox positionné sur la cage. Le compartiment du véhicule agréé est chauffé lors du transport. Séparation : Les individus ne seront séparés que temporairement (une semaine) de leur groupe social le temps du protocole d’anesthésie et d’acquisition IRM. Après la session IRM à l’EU1/2, au retour à l’EU2/2 les sujets sont surveillés en infirmerie puis réintégrés à leur groupe social le matin suivant. Les réintroductions sont faites selon les procédures validées par le responsable du BEA. Elles sont toutes supervisées par le responsable BEA et réalisées et suivies par l'assistante spécialisée. Sessions IRM au sein de l’EU1/2 : L’injection d’un agent de contraste permet d’augmenter le rapport signal/bruit et donc de diminuer le nombre de scans nécessaires par individu. Si un problème survient lors de l’anesthésie pendant l’IRM (par exemple arythmie, problème respiratoire, hypoxie, arrêt cardiaque, hypothermie etc.), alors le scan est stoppé immédiatement et l’animal est réveillé et surveillé. Les sessions de scans seront séparées par au moins une journée sans scanning permettant aux animaux une journée complète avec alimentation et hydratation normale avant la mise à jeun et anesthésie suivante. Les procédures ne prévoient pas d’infliger une douleur qui nécessiterait une analgésie; cependant des points limites adaptés ont été mis en place en cas de problèmes.

Choix des espèces

Les effets de l’adversité sociale sur le développement physiologique et cognitif touchent le système immunitaire, la croissance, le métabolisme, ainsi que des fonctions comme la socialisation et la régulation émotionnelle. Étudier ces impacts nécessite des organismes en interaction sociale, rendant l’expérimentation animale indispensable. Les macaques, par leur proximité cognitive et cérébrale avec l’humain, sont des modèles idéaux pour explorer ces effets. Leurs comportements sociaux complexes et leurs structures cérébrales, notamment au niveau du cortex préfrontal et de l’amygdale, permettent d’étudier des mécanismes comparables à ceux des humains. En raison des limites des études humaines, l’expérimentation chez les macaques, avec un contrôle strict des conditions de vie, offre des résultats fiables et transposables. Ce projet s’appuie sur un groupe unique de macaques rhésus pour approfondir ces liens: ce groupe en provenance des USA est composé de 10 individus élevés avec leur mère et de 10 individus séparés de leur mère à la naissance et élevés en nursery avec d’autres bébés macaques. Le groupe principal est constitué d'adultes ayant soit subi une adversité précoce dans l'enfance ou non. La phase d'étude des animaux est justifiée par les objectifs du projet, à savoir l'étude de l'impact des conditions sociales de développement sur le comportement et l'activité cérébrale à l'âge adulte.