Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 08/02/2023
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-537297)
5 macaques rhésus vont être utilisés, réutilisés d’une étude à l’autre plutôt que tués à l’issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Deux d’entre eux peuvent subir une chirurgie d’implantation d’un plot de tête, tous une restriction hydrique, des injections d’un agent de contraste à l’oxyde de fer et des prélèvements sanguins, pendant des séances d’IRM en position immobile. Le porteur étudie le traitement cérébral d’informations sociales et compare l’humain, le macaque et le chien, des applications en psychiatrie comme la schizophrénie ou l’autisme présentées comme lointaines. Il affirme que le macaque est le modèle phylogénétiquement le plus proche de l’humain et le juge « essentiel » pour cette recherche fondamentale.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
La perception de l’environnement construite par le cerveau est fondamentalement multi sensorielle et basée sur la combinaison de l’information sensorielle allocentrique (prend sa source en dehors du sujet, e.g. visuelle, auditive, olfactive) et égocentrique (prend sa source en référence au sujet lui-même, e.g. tactile, vestibulaire). Afin d’au mieux refléter le monde, le cerveau doit intégrer les informations multi sensorielles associées à une même source tout en séparant celles provenant de sources différentes ou encore les associer sur la base du contexte (ainsi un groupe qui s’enfuit prédit un cri ou une explosion, et un objet qui s’approche de nous à grande vitesse prédit un impact sur le corps). La combinaison des différents sens permet d’améliorer notre perception en réduisant les ambigüités notamment lorsqu’une modalité sensorielle ne donne pas suffisamment d’information (ex : pour se déplacer dans le noir). Comprendre les mécanismes neuronaux sous-jacents à ces processus cognitifs est essentiel pour mieux comprendre la compensation sensorielle et cognitive qui se mettent en place lors du vieillissement normal (compensation adaptative) ou encore les hallucinations ou les difficultés sensorielles qui s’expriment lors de troubles psychiatrique (compensation mal-adaptative; e.g. schizophrénie, autisme). Par ailleurs, ce projet s’inscrit dans le cadre d’une étude plus large, comparant les bases neurales de la cognition chez différentes espèces : l’homme, le macaque, le marmouset et le chien.Ici, nous utiliserons l’IRM fonctionnelle (IRMf) pour étudier les mécanismes neuronaux sous-jacents au traitement de stimuli sensoriels à connotation sociale (e.g. pour la modalité visuelle : une scène de grooming) en comparaison avec le traitement de stimuli socialement neutres (e.g. pour la modalité visuelle : un objet). Dans la modalité visuelle, nous nous intéresserons au traitement des scènes sociales complexes. Nous nous intéresserons également à la façon dont les animaux intègrent une information de récompense pour modifier la façon dont ils explorent une scène visuelle dynamique. Dans la modalité auditive, nous nous intéresserons au traitement des vocalisations y compris entre espèces. Enfin, dans la modalité olfactive, nous intéresserons à la spécificité du traitement des phéromones. Ce projet s’inscrit dans un projet comparatif plus large impliquant des sujets humains (bases de données accessibles), des macaques et des chiens.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Ce projet est conçu pour enrichir nos connaissances fondamentales concernant le fonctionnement cérébral et son évolution à travers les espèces. Grâce à ce projet, nous pourrons comprendre comment les macaques interprètent des scènes sociales dynamiques et comment leur cerveau traite ce type d’informations, en comparaison à l’homme. Par ailleurs, nous serons en position de comparer le traitement de vocalises entre trois espèces : homme, macaque et chien, permettant ainsi de mieux comprendre d’une part la spécificité du traitement auditif dans chaque espèce à l’histoire évolutive différente. Enfin, nous seront en position de comparer les bases neuro-cognitives du traitement olfactif d’odeurs et de phéromones entre ces trois espèces. Cette comparaison est rendue possible grâce à l’utilisation de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle chez des sujets éveillés chez ces trois espèces, permettant ainsi la comparaison directe entre les activations cérébrales obtenues. Il est à noter ici que les aspects éthiques de l’imagerie chez le chien sont traités à part. Ces questions relèvent clairement du domaine des neurosciences fondamentales, et notre principale ambition est de mieux comprendre comment le cerveau met en œuvre ces fonctions cognitives chez l’homme et les primates non humains et d’autres espèces plus éloignées phylogénétiquement. Cependant, nous pensons que les réponses que nous apporterons pourront alimenter de nombreux domaines des sciences appliquées, des neurosciences cliniques, des sciences vétérinaires à l’intelligence artificielle. A titre d’exemple, ce projet pourrait permettre de mieux comprendre les mécanismes à l’origine d’hallucinations ou de déficits sensoriels et sociaux chez des patients atteints de maladies psychiatriques et définir des cibles de traitement de maladies comme la schizophrénie ou l’autisme.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Habituation à la sortie de cage (3 mois) ; 1 Chirurgie potentielle sur deux animaux maximum, sous anesthésie générale (3h); Habituation aux tâche comportementales (6 mois); Habituation à l’injection d’agent de contraste (2 mois) comprenant 1 injection vigile; Campagnes d’acquisitions IRMf vigile comprenant (3 semaines, 1 session par jour, maximum de 3 campagnes d’acquisition par an): 1 injection pour chaque session, 3 prélèvements sanguins pour chaque campagne d’acquisitions IRM pour contrôler les niveaux de fer circulants. 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?
L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) ne constitue pas une source potentielle de nuisances importantes. Les animaux peuvent toutefois subir un stress de par l’immobilité imposée ainsi que de par le bruit important généré par la machine. La restriction hydrique peut s’avérer stressante. Des injections de produit de contraste seront effectuées en vigile (Molday Ion®). Ce produit de contraste est un oxyde de fer supra-magnétique, qui peut induire des élévations du taux de fer sanguin et potentiellement des troubles hépatiques.
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 des approches IRMf. De ce fait, nous ne prévoyons pas de désimplantation chirurgicale à la fin de notre protocole. Également, notre protocole ne nécessite pas l’euthanasie de ces animaux pour des fins scientifiques. Si la décision est prise d’une sortie de protocole, le plot de tête sera désimplanté. A la fin du protocole, en concertation avec le vétérinaire et dépendamment du degré réel de sévérité de la procédure pour chaque animal, les singes pourront être réutilisés pour une autre étude, ou un replacement dans un sanctuaire sera envisagé. 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 macaque s’inscrit dans un projet comparatif plus large impliquant plusieurs espèces (humain, macaque, marmouset, chien) dont le but est d’étudier l’évolution des différentes fonctions cognitives. Le macaque possède une place phylogénétique cruciale pour la compréhension de processus évolutif des modalités sensorielles humaines et non-humaines. L’utilisation du modèle primate non-humain apparait essentiel pour la réalisation de cette étude de recherche fondamentale et comparative, utilisant des approches d’imagerie IRMf. Nous cherchons à comprendre le fonctionnement cérébral dans des taches comportementales variées ne pouvant être réalisées que par des animaux (aucun model in silico, in vitro ou ex vivo ne permet pour l’instant de reproduire le fonctionnement d’un cerveau de mammifère dans des situations comportementales). La connaissance produite par ce projet participera à la construction de modèles in silico des fonctions cérébrales. Nous privilégions l’utilisation du macaque car 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 (approche évolutive) 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. Enfin, le projet scientifique porte spécifiquement sur la comparaison des fonctions cognitives chez l’homme et le macaque. A terme, cela permettra donc de préciser les circonstances expérimentales et cliniques dans lesquelles le macaque peut être utilisé comme un modèle de la cognition humaine, et les conditions où il ne le peut pas.
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 (3 en réutilisation et deux en nouvelle inclusion). Ce nombre a été choisi sur la base du nombre minimum standard d’animaux (n=3) défini par la communauté scientifique abordant des problématiques comportementales avec des méthodes d’imagerie chez le primate non-humain, et sur la possibilité d’avoir à remplacer des animaux en cours de protocole (n=2). 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, suite à des recherches peu invasives, sont déjà entrainés à l’IRM et hébergé dans le laboratoire. 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. Nous prévoyons de lancer 9 campagnes d’acquisitions par animal (15 sessions par animal, chaque sessions incluant de 2 à 15 scans en fonction de la motivation des animaux).
3. Raffinement
Notre méthodologie expérimentale a été planifiée afin de minimiser l’impact de notre étude sur la santé et le bienêtre des animaux. Par exemple, l’imagerie constitue une approche non-invasive qui va nous permettre d’étudier l’activité cérébrale dans le cerveau entier des animaux sans engendrer d’effets délétères. 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. En dehors des sessions d’imagerie qui seront réduites le plus possible sans compromettre les résultats scientifiques, les animaux seront hébergés dans un environnement social, incluant du matériel de fourrageage et de multiples formes d’enrichissement (selon un protocole défini en SBEA et implémenté par les chercheurs et les techniciens animaliers). 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. Une sortie de cage vers la chaise sans canne est également à l’étude dans notre structure. Les points limites gradés, précis et adaptés ont été défini et permettrons en fonction des observations la prise de décisions selon un arbre décisionnel. Les critères d’arrêts sont définis et appliqués selon les mêmes critères que les points limites.
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 évolutives – Cette étude s’inscrit explicitement dans une perspective comparative entre espèces, la comparaison homme macaque étant un point clé de cette étude. En plus des connaissances fondamentales générées cela va permettre de préciser l’opportunité d’utiliser le macaque comme un modèle de la cognitive humaine et de ses dysfonctions. -Des taches comportementales variées peuvent être réalisées par ces animaux permettant ainsi l’étude d’un large spectre de comportements complexes du point de vue des neurosciences fondamentales. -Toutes informations physiologiques ou physiopathologiques obtenues chez le primate non-humain est plus facilement transposable à une application chez l’humain. Les trois 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. Les données recueillies abonderont PrimeDRE, une initiative de partage de données d’imagerie fonctionnelle de primates non-humains. A terme, des analyses portant sur un possible effet âge sur les traitements cognitifs qui nous intéressent pourront être entreprises à plus large échelle.