Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 25/09/2025
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-183759)
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
Notre projet vise à mieux comprendre et modéliser les mécanismes cognitifs de la perception auditive. Nous avons étudié comment l’information contenue dans un son court de quelques 100 millisecondes est transformée le long du système auditif de la souris. Nous souhaitons désormais comprendre comment les séquences de sons perçues sur plusieurs secondes sont intégrée, au-delà du système auditif, dans notre mémoire à court terme et dans le système de prédiction des événements sensoriels. Concrètement, nous allons enregistrer l’activité de huit aires différentes du cerveau chez la souris en contention entre l’état de veille et de sommeil pendant la présentation répétée de 5 séquences auditives prédictibles et 5 séquences non-prédictibles. Une séquence est une suite de 20 sons de 100 ms séparés par des intervalles de temps réguliers de 250 à 1000 ms dont la prédictibilité dépend de la reproduction de l’enchainement exact des sons à chaque occurrence de la séquence. Ces séquences permettront de mesurer la persistance de l’information auditive dans le réseau de neurones et l’activité spécifique à la prédictibilité de la séquence. Nous évaluerons aussi le lien causal entre l’activité prédictive observée dans certaines de ces huit aires et les connections neuronales inter- et intra-aires en combinerons des enregistrements dans une aire donnée avec l’inactivations d’aires associées, et en activant par de nouvelles méthodes optiques des sous-ensembles précis de neurones dans les aires clés. Les données extraites seront mises à disposition de la communauté (mise en ligne via un serveur de données), permettant de réduire l’utilisation d’animaux pour évaluer et surtout modéliser les représentations sensorielles de la souris.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Ce projet permettra de faire progresser la connaissance des mécanismes neuronaux de la mémorisation et de la prédiction des sons, en fournissant une base de données uniques d’activations neuronales à très haute résolution dans un large éventail de zone cérébrales et pendant plusieurs perturbations précise des réseaux neuronaux impliqués. Ces données permettront de nourrir des modèles théoriques de la construction de la mémoire de travail et des mécanismes dans le cerveau. Ces modèles seront utiles à long terme pour améliorer les algorithmes d’intelligence artificiels bio-inspirés. Ils seront utiles aussi pour faire de nouvelles hypothèses sur comment la mémoire de travail et les processus cognitifs de prédictions sont impactés par des mécanismes neurodégénératifs (par exemple démence, maladie d’Alzheimer …). Par ailleurs cette étude extensive (plusieurs centaines de milliers de neurones enregistrées) permettra de fournir à la communauté scientifique des informations détaillées sur le codage de la mémoire auditive et des prédictions au-delà de notre étude grâce à un partage en ligne des données. .
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Les animaux seront soumis à une intervention chirurgicale de 3 à 6h, une session d’imagerie sous anesthésie d’une heure, puis de 5 à 20 sessions d’enregistrement en contention de 1 à 4h.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
Ce projet implique un risque de douleurs pendant la durée de l’intervention chirurgicale (2 à 6h) dont la perception est largement diminuée par l’anesthésie et l’analgésie. L’anesthésie sur cette durée génère des risques d’hypothermie et de déshydratation. Au réveil et pendant une période de 5 jours suivant l’intervention chirurgicale, l’animal est exposé à des risques de douleur, d’infection et de mauvaise cicatrisation. Le projet implique aussi un stress physique lié à la contention pendant les séances d’enregistrement de l’activité neuronale.
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
Les animaux seront mis à mort à la fin de chaque procédure pour l’analyse histologique de leurs tissus.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
Les calculs implémentés par circuits neuronaux permettant de générer la perception sensorielle sont encore mal compris. Il existe des algorithmes permettant d’approcher ces fonctions (par exemple pour la reconnaissance vocale), mais ils souffrent de nombreuses imperfections, et ne sont pas directement inspirés des circuits biologiques. Il reste donc essentiel d’utiliser des modèles animaux pour observer ces circuits pendant la perception avec une précision et une échelle suffisante pour décoder leur fonctionnement. Bien que la compréhension des mécanismes sous-tendant la perception de sons complexes est souvent étudiée chez des mammifères ‘supérieurs’ (marmouset, furet), il a été montré récemment qu’un grand nombre d’aspects de la perception des sons complexes sont présents chez la souris, ce qui permet de réaliser cette étude chez un modèle animal plus simple. Par ailleurs, l’exploration extensive du système auditif entier est rendue possible par de nouveaux outils de microscopie et de génétique disponibles uniquement chez la souris, qui, dans le cas présent, ne peut être remplacée par aucun autre modèle.
2. Réduction
Grâce à l’utilisation de méthodes d’imagerie optiques modernes permettant d’enregistrer plus de 1000 neurones en parallèle, combinées à des algorithmes de traitements de grands ensembles de données nous obtiendrons une caractérisation extensive de plusieurs aire cérébrale et de leurs interactions avec d’autres aires en utilisant un minimum d’animaux. Ainsi, pour cette expérience couvrant 8 structures cérébrales avec un total estimé de plusieurs millions de neurones enregistrés, seulement 650 souris seront utilisées sur 5 ans, en incluant les nécessaires essais préliminaires pour la calibration des méthodologies. Le but de l’expérience est d’acquérir des bases de données d’une taille encore jamais atteinte de manière à être les plus représentatives possibles de l’activité très riche et diverse des neurones des aires cérébrales cibles. Nous avons calculé le nombre d’animaux par lot (25 animaux pour l’échantillonnage d’une aire cible, 10 animaux pour la comparaison deux conditions sur les même neurones) de manière à enregistrer 10000 à 20000 neurones dans chaque aire en réalisant plusieurs sessions avec le même animal. Nous avons réalisé une analyse de dimensionnement prenant en compte une estimation de 100 à 1000 classes fonctionnelles différentes de neurones par aire pour un total de 100000 à 200000 neurones par aire. Cette analyse indique qu’échantillonner 10000 à 20000 neurones permet de couvrir chaque classe fonctionnelle avec en moyenne 50 neurones par ce qui donne une puissance statistique suffisante pour comparer la composition des différentes bases de données et établir l’existence de types fonctionnels précis. L’utilisation de 25 animaux par base de données permet aussi de réaliser un équilibrage de l’échantillonnage vis-à-vis des deux genres (mâles et femelles) mais aussi des effets aléatoires de cage et de lot. Pour les comparaisons de deux conditions sur les mêmes neurones, cet équilibrage n’est pas nécessaire (contrôle interne). La réalisation de plusieurs enregistrements par animal sur plusieurs jours en changeant la zone d’observation dans l’aire cible permet aussi d’équilibrer les diverses localisations intra-aires et tout en minimisant le nombre d’animaux utilisé. Par ailleurs, le partage systématique des données en ligne obtenue avec tout groupe de recherche intéressé permettra aussi de minimiser le nombre d’expériences ultérieures portant sur ces questions.
3. Raffinement
Nos procédures incluent une antalgie, une analgésie, un maintien de la température corporelle et l’hydratation ainsi qu’une alimentation adaptée pour minimiser la souffrance et l’inconfort liés aux interventions chirurgicales qui sont réalisées en asepsie. Nous avons aussi prévu des temps de repos appropriés et une habituation au dispositif et à la contention progressive pour minimiser la souffrance résultant du stress physique induit. Nous avons prévu aussi un suivi quotidien des animaux pendant 5 jours après les interventions chirurgicales et régulier tout au long de la procédure. Nous avons défini des points limites précis basés sur des indicateurs de poids, d’aspect général et de comportement, entrainant l’arrêt de l’expérience ou la mise à mort s’il n’est pas possible de pallier immédiatement la souffrance de l’animal. Ces points limites concernent l’incapacité pour l’animal de s’habituer à la contention, la perte de l’implant posé chirurgicalement, ou l’apparition de douleurs ou d’infections résistantes au traitement prévu.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Nous avons choisi la souris comme modèle animal en raison de l’ensemble des outils génétiques qui sont bien établis chez cet animal, et qui permettent d’une part de manipuler différents éléments du système nerveux de manière ciblée, d’autre part de garantir une expression large et stable de certaines protéines, molécules permettant l’activation ou l’inactivation de neurone par la lumière. Grâce à ces outils, nous pourrons obtenir des résultats détaillés sur les mécanismes neuronaux de la mémoire et des prédictions auditives qui ne pourraient être obtenus chez d’autres espèce. Les aires cérébrales étudiées dans ce projet ont des homologues dans le cerveau humain ce qui permettra d’utiliser nos résultats pour réaliser des études plus ciblées chez l’être humain. Notre projet vise à mieux comprendre les capacités cognitives auditives de la souris. Il doit être réalisé chez des souris adultes dont les capacités cognitives sont pleinement développées et avant d’éventuelles pertes auditives. En conséquence, les animaux utilisés auront entre 7 et 26 semaines.