étude de l’activité électrique de l’hippocampe chez le rat dans des environnements complexes

L’objectif principal de ces expériences est de comprendre comment les neurones de l’hippocampe du rat s’activent lorsque le sujet s’oriente dans un espace complexe, constitué de plusieurs compartiments connectés par des portes. L’hippocampe est une structure cérébrale fortement impliquée dans l’orientation spatiale et la mémoire. De plus, la dégénérescence de cette structure a lieu dans les phases précoces de la maladie d’Alzheimer, caractérisée dans ses premiers stades par des déficits d’orientation spatiale et de mémoire. L’hippocampe possède des neurones appelés cellules de lieu, qui s’activent spécifiquement lorsque le rat se trouve à un endroit précis de l’espace. L’ensemble de ces neurones fournit une représentation de l’espace, dite aussi carte cognitive, qui permet à l’animal de s’orienter et de mémoriser des lieux. Ces cellules de lieu, initialement découvertes chez le rongeur, existent aussi chez d’autres espèces de mammifères, comme la chauve-souris et l’humain, ce qui suggère que les mécanismes cérébraux à la base de l’orientation et de la mémoire spatiale sont très conservés au cours de l’évolution. Toutefois, la grande majorité des travaux déjà effectués ont étudié les propriétés de ces neurones dans des espaces très simples et uniformes, tels que des pièces uniques et vides. Or, la plupart des espaces dans lesquels les animaux (mais aussi les humains) se déplacent sont généralement plus complexes, puisqu’ils sont constitués de plusieurs lieux connectés entre eux. Comprendre comment l’hippocampe représente ce type d’espace est essentiel pour identifier la véritable nature de cette représentation neuronale. Cela pourrait également contribuer à mieux caractériser les déficits des personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer dans ses phases précoces, et fournir ainsi des pistes pour un diagnostic plus précoce de la pathologie.

Ce projet permettra de mieux comprendre la nature de la représentation spatiale des cellules de lieu hippocampiques, grâce à l’utilisation d’environnements complexes et connectés, plus proches des espaces naturels. La compréhension fine des mécanismes neuronaux sous-tendant cette représentation est essentielle pour appréhender non seulement son fonctionnement, mais aussi son dysfonctionnement dans le cadre de pathologies neurodégénératives, telles que la maladie d’Alzheimer.

Un total de 60 rats est utilisé dans cette étude. 10 rats réalisent une procédure comportementale seule (Procédure 1). Ils sont d’abord habitués à l’expérimentateur par une manipulation quotidienne pendant 10 jours, afin de diminuer leur stress. Après cette période, ils sont testés dans une tâche comportementale dans une arène. Chaque session a une durée de 20 minutes et est effectuée 1-2 fois par jour, à raison de 5 jours par semaine. Afin de motiver les animaux à effectuer cette tâche, ils sont soumis à un contrôle alimentaire durant toute la procédure. Le but de ce contrôle alimentaire est que l’animal puisse consommer une ration alimentaire journalière qui couvre l’ensemble de ses besoins (donc sans déprivation alimentaire), mais que cette ration se répartisse entre des croquettes standard (celles-ci sont fournies en quantité limitée dans la cage de vie) et des récompenses alimentaires (granulés sucrés) obtenues lors des tâches comportementales. Le poids corporel des animaux est mesuré régulièrement (1 à 3 pesées hebdomadaires) pour s’assurer que les animaux consomment assez de nourriture pour couvrir leurs besoins. Une consommation insuffisante se traduit par un poids inférieur à celui attendu pour l’animal compte tenu de son âge, son sexe et de sa souche. Si nécessaire, un supplément de croquettes et/ou granulés sucrés est fourni à l’animal. Les 50 animaux restants sont soumis à deux interventions (Procédure 2) : une procédure chirurgicale et la même procédure comportementale que pour la procédure 1, couplée cette fois-ci à l’enregistrement de cellules nerveuses. La procédure chirurgicale, d’une durée comprise entre 1h30 et 3h environ, permet l’implantation du plot d’enregistrement. Pour la procédure comportementale couplée à l’enregistrement des cellules nerveuses, les animaux sont également soumis à un contrôle alimentaire durant toute la période. Lors des enregistrements des cellules nerveuses, les animaux sont d’abord maintenus doucement par l’expérimentateur pour permettre le branchement du câble d’enregistrement sur le plot. Cette étape a une durée de 30-60 secondes. Afin de minimiser le stress des animaux, ils sont habitués à cette légère contention avant et après la chirurgie, au cours de séances quotidiennes de manipulation. Puis ils sont introduits dans le dispositif comportemental. La durée totale de l’étude est de 6 mois au maximum.

– Chirurgie : réalisée sous anesthésie générale profonde, d’une durée comprise entre 1h30 et 3h, elle entraîne une lésion au niveau du crâne, ainsi qu’un certain stress. Cette intervention comporte des risques de détresse respiratoire, d’infection et de douleur post-opératoire. Elle permet l’implantation d’électrodes dans l’hippocampe du rat. – Enregistrements neuronaux et tests comportementaux : – Le plot d’enregistrement auquel sont connectées les électrodes intracérébrales est implanté de manière chronique et entraîne une gêne modérée, liée à son encombrement et à son poids (10-25 g). Il nécessite un hébergement individuel afin d’éviter toute détérioration du matériel d’enregistrement par un congénère. Cet hébergement isolé entraîne une restriction des interactions sociales pendant toute la durée de l’étude. – Manipulations expérimentales : le branchement du câble d’enregistrement requiert une légère contention de l’animal afin d’assurer la stabilité du dispositif et la sécurité de la manipulation. Afin de motiver les animaux à l’apprentissage des tâches comportementales, un contrôle alimentaire est imposé en continu à l’animal et des récompenses alimentaires sont délivrées durant les tâches comportementales. Les animaux subissent donc un stress et un inconfort causé par ce contrôle alimentaire tout au long de l’étude. Les tests comportementaux utilisés sont : le test d’exploration libre dans une arène circulaire, effectué 2 à 3 fois par semaine (durée : 10 à 15 minutes) ; le test d’exploration libre dans une arène à quatre compartiments, effectué 1 à 2 fois par jour (durée : 20-30 minutes) à raison de 5 fois par semaine ; le test d’appariement différé, effectué 1 à 2 fois par jour (durée : environ 20 minutes), 5 jours par semaine. Les animaux subissent également une douleur liée à l’injection d’anesthésique lors de la mise à mort.

A la fin des expériences les 50 animaux ayant subi une chirurgie seront mis à mort. Cette décision découle des objectifs de l’expérimentation, à savoir la vérification du bon placement des électrodes d’enregistrement intracérébral, qui requiert une analyse du tissu cérébral. Les 10 animaux restants n’ayant subi que des tests comportementaux (procédure de degré de sévérité légère), il n’est pas nécessaire de les mettre à mort en fin de procédure. Après avis du vétérinaire désigné, ces animaux peuvent éventuellement être affectés à d’autres projets, ou bien mis à l’adoption.

Il s’agit d’une étude qui se situe dans le prolongement des travaux effectués précédemment dans l’équipe. Il est donc impératif de maintenir les mêmes conditions expérimentales, ce qui inclus l’utilisation de la même espèce. De plus, la majorité des études portant sur la caractérisation des cellules de lieux ont été réalisés chez le rat. On pourra se baser des connaissances bien établies pour poursuivre ce projet et ainsi éviter de multiplier les expériences et l’utilisation d’un grand nombre d’animaux. Les animaux seront testés à l’âge adulte. Ce temps est nécessaire pour que le système nerveux soit mature et est classiquement utilisé pour caractériser l’activité de l’hippocampe chez des animaux en comportement. Ceci nous permet de comparer les résultats obtenus avec nos données antérieures et celle de la littérature.