Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 19/09/2023
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-287672)
35 rats vont être utilisés, tous tués à l’issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Ils sont maintenus par restriction alimentaire à 90 % de leur poids pour les inciter à rapporter de la nourriture à leur nid pendant un mois d’apprentissage, avant mise à mort et prélèvement du cerveau pour un marquage du gène c-fos, afin d’identifier les régions cérébrales de l’intégration des trajets. Le porteur héberge individuellement une partie des rats et prévoit un retour à l’alimentation libre au-delà de 15 % de perte de poids. Il présente ce projet fondamental comme une remise en question possible de l’hypothèse de la carte cognitive dans la navigation.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
La navigation spatiale chez les mammifères repose sur la perception et le traitement de multiples informations sensorielles dont la source peut être environnementale (informations allothétiques : visuelles, olfactives, auditives) ou interne à l’animal (informations idiothétiques générées par le déplacement: vestibulaires, tactiles, proprioceptives, etc.). La conjonction de ces informations va permettre à l’animal de mettre en œuvre des stratégies spatiales variées lui procurant une flexibilité comportementale. L’importance des informations idiothétiques et le rôle des régions cérébrales dans le traitement de ces informations ont longtemps été sous-estimés et restent méconnus. Des travaux comportementaux ont montré que les mammifères sont capables au cours de leur déplacement de revenir à un lieu de référence, par exemple leur « nid », en n’utilisant que des informations idiothétiques. Cette capacité est appelée intégration des trajets car elle repose sur l’intégration par le système vestibulaire des accélérations linéaires et angulaires lors du mouvement ce qui aboutit au calcul et à la mise à jour d’un vecteur pointant sur le lieu de retour. Dans une série d’études lésionnelles, nous avons montré que l’intégration des trajets implique plusieurs régions du cerveau, comme le cortex pariétal et le cortex entorhinal. Dans le cortex entorhinal, une population neuronale (les « cellules-grilles ») pourrait être le centre de l’intégration des trajets du cerveau. Cette hypothèse est séduisante mais le cortex entorhinal n’est certainement pas la seule région du cerveau impliquée. Le traitement des informations idiothétiques dans le cerveau implique un réseau nerveux étendu mais notre connaissance des contours de ce réseau reste très lacunaire. L’objectif du projet est d’identifier l’ensemble des régions impliquées dans ce réseau en faisant un marquage de l’expression du gène d’expression précoce c-fos au cours d’une tâche d’intégration des trajets. Nous faisons l’hypothèse que la tâche implique une activation rapide du gène c-fos et donc une synthèse de proteines c-fos en particulier dans les structures sollicitées par le processus d’intégration des trajets.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Les résultats de ce projet nous permettront d’identifier les structures cérébrales impliquées spécifiquement dans la mise en œuvre de l’intégration de trajet. Ces résultats nous permettront également de tester l’hypothèse selon laquelle l’intégration de trajet peut se faire à partir d’un autre point de l’environnement que celui à partir duquel l’animal initie son trajet. Ce dernier résultat, s’il est confirmé, nous permettrait de remettre en question le recours quasi-systématique à une hypothèse alternative (existence d’une carte cognitive) pour expliquer les comportements de navigation complexes observés chez les animaux (humains compris).
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Procédure comportementale : Apprentissage d’une tâche d’integration des trajets. Procédure se déroulant sur un mois environ à raison de 2 essais de durée variable (mais n’excédant pas 5 minutes chacun) par jour et par animal.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
Afin d’assurer un contrôle individuel de la prise alimentaire, les animaux des groupes 1, 2 et 4 seront hébergés individuellement. Cette mesure particulière d’hébergement sera maintenue durant une période la plus courte possible et les rats ainsi isolés pourront avoir des contacts visuels, auditifs et olfactifs avec leurs congénères. Puisqu’un contrôle alimentaire est prévu pendant toute la durée de l’expérience afin de réduire le poids des animaux à 90% de leur poids initial, les rats sont pesés tous les jours afin d’éviter des réductions trop importantes de leur poids. Si la perte de poids d’un animal est trop importante (e.g. >15%), l’alimentation de l’animal devient ad libitum jusqu’au retour du poids désiré.
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
Tous les animaux seront mis à mort (n=35) par injection d’euthanasiant (Pentobarbital sodique, 200 mg/kg, IP, soit 0.5 mL/kg d’EUTHASOL VET. SOLUTION INJECTABLE) après sédation profonde (Médétomidine, 500 μg/kg, IP, soit 0.5 mL/kg pour le DOMITOR). La mise à mort permet le prélèvement des cerveaux afin de réaliser le marquage de l’expression du gène d’expression c-fos par immunohistochimie. La quantification de ce marquage est l’objectif de l’étude car il permettra d’identifier les structures nerveuses impliquées dans l’intégration des trajets.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
La nature même des expériences proposées dans ce projet ne permet pas d’envisager de remplacement. En effet, ces expériences reposent sur l’exploration de l’environnement effectuée par les animaux en réponse à diverses manipulations environnementales et ne peuvent être réalisées à partir de modèles in vitro, in silico ou ex vivo. Ces expériences, du fait du caractère invasif des procédures de collecte des données (prélèvement du cerveau afin de révéler le marquage de certaines structures nerveuses), ne peuvent pas non plus être conduites chez le sujet humain.
2. Réduction
Cette étude nécessitera un total de 35 rats. Deux groupes expérimentaux et deux groupes contrôles sont indispensables pour permettre de conclure sur l’implication des structures dans les processus ciblés : Un groupe expérimental (n=8) entraîné dans la tâche d’intégration des trajets, un groupe contrôle (n=8) entraîné dans une tâche spatiale ne nécessitant pas l’intégration des trajets, un groupe contrôle (n=6) ne réalisant aucune tâche (explorant librement l’environnement pendant 3 mn) et un deuxième groupe expérimental (n=8) entraîné dans une tâche alternative d’intégration de trajet. Enfin, 5 animaux sont ajoutés au total pour pallier d’éventuels problèmes de marquage immunohistochimique (aux alentours de 15%). Le nombre d’animaux dans ces groupes permet de tenir compte de la variabilité individuelle inhérente aux études comportementales et d’obtenir des résultats fiables. L’analyse des résultats comportementaux reposera essentiellement sur l’utilisation de tests statistiques de proportion (type Chi 2). En ce qui concerne l’analyse des résultats issus des marquages immunohistochimiques, plusieurs scenari sont envisagés. Si la normalité des distributions n’est pas avérée, nous utiliserons des tests statistiques non-paramétriques tels que le test de Kruskal-Wallis. Si la normalité des distributions est avérée mais pas l’homogénéité des variances, nous utiliserons l’ANOVA à un facteur de Welch (associé au test post-hoc de Games-Howell). Si la normalité et l’homogénéité sont avérées, nous aurons recours à un test ANOVA à un facteur (associé au test post-hoc de Tukey). Ce plan d’analyse statistique nous permettra d’exploiter les données quelque soit l’ampleur de la variabilité inter-individuelle tout en conservant des effectifs d’animaux réduits.
3. Raffinement
La tâche comportementale repose essentiellement sur le comportement spontané des rongeurs à explorer un environnement et à récupérer un morceau de nourriture pour le ramener dans son nid et le consommer. L’animal apprend à faire cette tâche sans contrainte externe ce qui réduit considérablement son état de stress. L’hébergement des animaux s’effectue dans le respect des protocoles d’enrichissement validés par la Structure de Bien-Etre Animal de notre établissement d’expérimentation. Puisqu’un contrôle alimentaire est prévu pendant toute la durée de l’expérience afin de réduire le poids des animaux à 90% de leur poids initial, les rats sont pesés tous les jours afin d’éviter des réductions trop importantes de leur poids. Si la perte de poids d’un animal est trop importante (e.g. >15%), l’alimentation de l’animal devient ad libitum jusqu’au retour du poids désiré.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Le rat constitue un modèle animal privilégié pour les études sur la navigation spatiale du fait de ses excellentes capacités d’orientation spatiale. Nous avons montré que ces animaux sont capables de réaliser la tâche d’intégration des trajets dans sa version classique (Groupe 1). L’étude de l’activation des réseaux de structures nerveuses au cours d’un comportement de déplacement dans l’environnement ne peut pas être réalisé en utilisant des procédures in vitro, ex vivo ou in silico. Les animaux seront des rats adultes agés de 4 mois. Les capacités d’apprentissage chez ces animaux de cet âge sont optimales.