Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 09/01/2023
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-244910)
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
La fonction attentionnelle est une fonction cognitive essentielle à l’implémentation de la plupart des autres fonctions cognitive. Elle améliore ainsi les fonctions d’apprentissage, de mémorisation, de planification, de raisonnement etc. Lorsqu’elle fait défaut, suite à un accident cérébral, une maladie neurodégénérative ou encore des troubles neurodéveloppementaux, les personnes se retrouvent en difficultés cognitives dans leur vie quotidienne et leurs apprentissages. Notre objectif est d’identifier les processus neuronaux et métaboliques qui sous-tendent cette fonction à la fois localement (c’est-à-dire comprendre comment chaque neurone et les neurones d’une même région cérébrale fonctionnent ensemble lorsqu’on utilise notre attention), et dans le réseau cérébral attentionnel (c’est-à-dire entre les différentes aires cérébrales qui sont activées lorsqu’on utilise notre attention). Nous analyserons ces réponses neuronales locales et distantes pendant l’exécution de tâches comportementales impliquant l’attention, en situation normale, ou lors de l’utilisation de molécules stimulant le système noradrénergique et ainsi l’attention, ou encore, en utilisant des approches visant à modifier l’activité corticale par le sujet lui-même et lui permettant d’apprendre à optimiser le fonctionnement de ces régions cérébrales. Le projet combine analyse du comportement, et injections pharmacologiques systémiques et intracérébrales, enregistrements électrophysiologiques, et enregistrements métaboliques. Nous ciblerons spécifiquement le cortex pariétal et le cortex préfrontal, deux régions impliquées dans la fonction attentionnelle. Il sera réalisé chez le primate non humain, le seul modèle animal doté d’un système visuel et attentionnel comparable à celui de l’Homme et capable d’effectuer des tâches aussi complexes que celles réalisées par l’Homme. Ce projet nous permettra d’atteindre une meilleure compréhension de la façon dont le cerveau met en œuvre la fonction attentionnelle, et de proposer des pistes thérapeutiques pharmacologiques ou interventionnelles (invasives ou non-invasive) pour sa réparation ou son amélioration.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Ce projet est conçu pour enrichir nos connaissances fondamentales concernant le fonctionnement cérébral et la fonction attentionnelle du primate non-humain, et de l’homme par extension. Grâce à ce projet, nous pourrons comprendre comment l’activité neuronale et métabolique du cortex pariétal et du cortex préfrontal organise la fonction attentionnelle et quel rôle la neuromodulation noradrénergique joue dans ce contexte. Nous serons également en mesure de caractériser les bénéfices des approches visant à modifier l’activité corticale par le sujet lui-même (neurofeedback) sur la dynamique cérébrale ainsi que sur la performance comportementale. Ces questions relèvent clairement du domaine des neurosciences fondamentales, et notre principale ambition est de mieux comprendre comment le cerveau met en œuvre la fonction attentionnelle chez l’homme et les primates non humains. Cependant, nous pensons que les réponses que nous apporterons pourront alimenter les neurosciences cliniques.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Habituation à la sortie de cage (3 mois) ; 2 Chirurgie sous anesthésie générale (3h/ Chirurgie); Habituation aux tâche comportementales (6 mois); Enregistrements électrophysiologiques et métaboliques (3 mois); 2 Anesthésies générales pour examens d’imagerie anatomique (3h/ examen). La procédure dans son ensemble est considérée comme modérée.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
La partie électrophysiologique du projet implique l’implantation d’un plot de tête et d’une chambre d’enregistrement par l’intermédiaire de vis en céramique et en titane chirurgicalement implantées sur la tête de l’animal. Les chambres d’enregistrement pariétale et préfrontales donneront sur une craniotomie (circulaire 18mm de diamètre) permettant l’accès à la dure-mère et au cerveau pour pouvoir y positionner une électrode (d’enregistrement neuronal ou métabolique) au moment des sessions d’expérimentation. La présence de ces chambres d’enregistrement constitue une source potentielle d’infection requérant une attention particulière, avec des soins fréquents adaptés. De potentiels lésions cérébrales engendrées lors de la pénétration de l’électrode dans le cerveau sont à prévoir avec la répétition des sessions d’enregistrement. Le suivi comportemental quotidien des animaux nous informera sur la présence ou non d’une lésion débilitante. Cette possibilité demeure toutefois extrêmement rare. Il n’est pas démontré que l’effet cumulatif entre les différentes phases du projet soit délétère pour la santé de l’animal. Toutes les étapes du projet étant classées en procédure légère, à l’exception des interventions chirurgicales classées en modérée, nous estimons que la sévérité totale du projet demeure modérée pour les animaux.
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
A la fin du protocole, en concertation avec le vétérinaire réfèrent et dépendamment du degré réel de sévérité de la procédure pour chaque animal, les singes seront préférentiellement réutilisés pour une autre étude. Ces animaux auront acquis une grande valeur scientifique, du fait de leur entrainement à réaliser des taches cognitives. Les animaux ayant un plot implanté seront préférentiellement réutilisés pour une autre étude nécessitant les mêmes approches expérimentales. De ce fait, nous ne prévoyons de désimplantation chirurgicale à la fin de notre protocole que sur les animaux pour lesquels une sortie de protocole sera décidée. Également, notre protocole ne nécessite pas l’euthanasie de ces animaux pour des fins scientifiques. Les animaux sortis de protocole seront candidats à un replacement dans un sanctuaire. En dernier recours, si aucune solution alternative n’est possible, les animaux seront sacrifiés.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
L’utilisation du modèle primate non-humain apparait essentiel pour la réalisation de cette étude de recherche fondamentale, utilisant des approches d’électrophysiologie et de pharmacologie. Phylogénétiquement, ce modèle d’étude pré-clinique est le plus proche de l’humain dans l’expression de ses comportements et dans son organisation anatomo-fonctionnelle. Ainsi, les informations obtenues seront plus facilement comparables transposables et identifiables à une application chez l’humain. De plus, des taches comportementales variées peuvent être réalisées par ces animaux permettant ainsi l’étude d’un large spectre de comportements complexes. Aucun autre modèle animal ne présente ces caractéristiques. Par ailleurs, cette approche d’électrophysiologie telle que décrite dans le projet ne peut être à ce jour réalisée chez l’homme.
2. Réduction
Le nombre d’animaux est réduit à la valeur minimale permettant d’atteindre une significativité et reproductibilité des observations. Au total, nous prévoyons la possibilité d’inclure 5 animaux dans le protocole (4 en réutilisation et 1 en nouvelle inclusion). Ce nombre a été choisi sur la base du nombre minimum standard d’animaux (n=4) défini par la communauté scientifique abordant des problématiques comportementales avec des méthodes d’électrophysiologie chez le primate non-humain, étant données les conditions expérimentales envisagées, et sur la possibilité d’avoir à remplacer des animaux en cours de protocole (n=1). Tous les protocoles seront lancés sur les mêmes animaux ce qui nous permettra de comparer différentes acquisitions sur les mêmes sujets et ainsi optimiser la puissance statistique de notre étude. Les animaux en réutilisation, pour cette étude, sont déjà entrainés aux tâches comportementales et hébergé dans le laboratoire. Deux sont déjà implantés des chambres d’enregistrements. Cette réutilisation est d’autant plus importante que ces animaux doivent être entraînés sur une longue durée de temps, avec renforcement positif, pour arriver à un comportement stable, avant de pouvoir passer à la phase de collecte de données.
3. Raffinement
Notre méthodologie expérimentale a été planifiée afin de minimiser l’impact de notre étude sur la santé et le bienêtre des animaux. L’expérimentation implique l’utilisation simultanées de plusieurs types d’enregistrements (neuronaux, métaboliques) avec ou sans manipulation pharamacologique, permettant ainsi de maximiser la qualité et la diversité des données recueillis permettant ainsi le recueil de données de haute valeur scientifique, habituellement recueillis dans le cadre de plusieurs protocoles indépendants. L’implantation du plot, réalisée chirurgicalement sera réalisée avec les meilleures techniques d’asepsie possible, par un neurochirurgien, afin de réduire le risque d’infection ou de désimplantation. Les animaux ne seront implantés avec les chambres d’enregistrement qu’au moment d’initier la phase d’électrophysiologie de l’étude. La craniotomie réalisée chirurgicalement sera la plus petite possible à l’intérieur de la chambre d’enregistrement, minimisant ainsi le possible risque d’infection. Les enregistrements seront effectués avec des microélectrodes/sondes fuselées à faible diamètre (150microm) pour ne pas créer de lésion significative au niveau de la structure cérébrale d’intérêt. Les imageries réalisées au préalable nous permettront de cibler avec précision les régions cérébrales à enregistrer et nous indiquerons comment positionner l’électrode pour être le plus efficace possible dans la collection de données électrophysiologiques et métaboliques. En dehors des sessions comportementales qui seront réduites le plus possible, les animaux seront hébergés dans un environnement social avec accès à de grandes volières incluant du matériel de fourrage et de multiples formes d’enrichissement. Pour favoriser des interactions sans stress excessif entre l’animal et l’expérimentateur, les animaux seront entrainés à la technique d’association positive entre un son (clicker), une action, et une récompense alimentaire. De plus, la mise en place de points limites précoces nous permettra un suivi régulier du stress des animaux.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Pour cette étude, le modèle primate non-humain (macaque) apparait essentiel pour plusieurs raisons : – Cette étude s’intéresse à des mécanismes neurobiologiques chez le macaque pour des raisons de connaissance fondamentale. – Phylogénétiquement, ce modèle animal est le plus proche de l’humain dans l’expression de ses comportements et dans son organisation anatomo-fonctionnelle la rendant notamment plus « facilement » comparable pour des études cognitives -Toutes informations physiologiques ou physiopathologiques obtenues chez le primate non-humain est plus facilement transposable à une application chez l’humain. Les quatre animaux réutilisés sont des animaux matures. Les animaux reçus de nos fournisseurs sont de jeunes adultes (3.5-4 ans). Ils arrivent généralement déjà en groupe et sont socialement compatibles permettant de les pairer pour leur hébergement. L’étude portant sur des sujets adultes, les variations de maturation ou de vieillissement au sein de cette tranche d’âge restes minimes et ne devrait pas engendrer de variations significatives des réponses neuronales dans les taches étudiées