Impact de l’hyperactivité amygdalienne au cours du développement sur l’apprentissage émotionnel (EU 2/2)

Chez l’humain, l’hyperactivité d’une structure cérébrale particulière (l’amygdale) est souvent corrélée avec des dysfonctionnements émotionnels. Et comme l’adolescence correspond à une période du développement cérébral particulièrement sensible aux éléments stressants, ce projet vise à déterminer si une hyperactivité dysfonctionnelle de l’amygdale au cours de l’adolescence peut faire émerger des vulnérabilités émotionnelles à l’âge adulte. Le but de cette recherche à long terme est de comprendre les mécanismes impliqués dans des dérèglements émotionnels déclenchés avant et pendant l’adolescence et ayant des conséquences importantes chez l’adulte, comme la prédisposition à certains syndromes psychiatriques tels que le stress post-traumatique. Pour apporter des éléments de réponse, nous avons mis au point un protocole permettant de manipuler chez le rat l’activité de l’amygdale au cours du développement post-natal, grâce à une modification génétique des cellules de l’amygdale. Puis nous analyserons l’impact de cette manipulation sur le comportement émotionnel de l’animal lors d’un conditionnement de type Pavlovien, qui consiste à provoquer un réflexe en réaction à un stimulus donné. Enfin, grâce à une technique d’imagerie par résonance magnétique (IRM), nous étudierons les modifications de la connectivité entre structures cérébrales induites par l’hyperactivité de l’amygdale. Pour perturber l’activité de l’amygdale chez le rat au stade juvénile ou au début de l’adolescence, nous utiliserons un vecteur qui permet de modifier l’expression d’un gène spécifique des neurones principaux de cette structure, provoquant au final son hyperactivation. Deux versions « actives » de ce vecteur seront testées, et elles seront comparées à une version « contrôle » (ne modifiant pas l’expression du gène).. Nous étudierons alors chez les jeunes animaux comme chez les adultes l’impact de cette suractivation sur les comportements de peur observés lors du conditionnement Pavlovien, ainsi que les modifications fonctionnelles du réseau de structures cérébrales associées au traitement de la peur, en couplant des acquisitions d’IRM fonctionnelle et des enregistrements électrophysiologiques in vivo. Le projet se déroulera dans 2 établissements utilisateurs nommés EU1 et EU2.

Nous avons précédemment montré que l’injection lors de l’adolescence d’un vecteur permettant d’induire par voie génétique une hyperactivité de l’amygdale réduit chez l’adulte l’extinction de la peur lors d’un conditionnement Pavlovien, mais induit également une généralisation de la réponse de peur à d’autres types de stimuli. Ce projet vise à comprendre la dynamique de l’impact de cette hyperactivité amygdalienne sur la connectivité du circuit neuronal sous-tendant le comportement de la peur à l’adolescence jusqu’à l’âge adulte. Les connaissances apportées par ce projet nous aideront à mieux comprendre comment la manipulation de l’activité neuronale d’une structure cérébrale telle que l’amygdale pendant la période critique de l’adolescence pourrait conduire à des effets durables sur certaines réponses émotionnelles, qui persistent jusqu’au stade adulte. Nos résultats nous permettront de mieux comprendre chez l’Homme les mécanismes liés à l’hyperactivité amygdalienne sous-tendant la prédisposition à certains syndromes psychiatriques, tel que le trouble de stress post traumatique.

Une chirurgie pour l’injection du vecteur dans l’amygdale sera réalisée dans l’EU1 chez les animaux jeunes (juvénile ou adolescent). Cette procédure chirurgicale est réalisée sous anesthésie générale (durée 1h au maximum) À la fin de l’adolescence, une session de conditionnement sera réalisée dans l’EU1 (durée 1h au maximum), consistant à associer une lumière avec une stimulation. Elle sera suivie 24 à 48h plus tard par un test de mémorisation du conditionnement (1 à 2 séances d’une heure maximum). Les animaux recevront ensuite deux sessions d’acquisition IRM réalisées dans l’EU 2 sous anesthésie légère (durée maximale de 2 heures), avant et après la réalisation d’une tâche comportementale appétitive combinée avec la tâche de conditionnement Lumière-Stimulation (séances d’1h30 maximum pendant 2 mois, au moins 5 jours sur 7) dans l’EU 1 nécessitant un apport de nourriture contrôlé. Puis une intervention chirurgicale sera réalisée dans l’EU1 sous anesthésie générale (durée maximale d’1h30) pour implanter des électrodes dans trois régions cérébrales d’intérêt. Après une semaine de récupération, ils seront ré-entrainés à la même tâche comportementale et l’activité des régions cérébrales d’intérêt sera enregistrée pendant la réalisation de cette dernière (sessions d’enregistrement d’1h30 maximum pendant 2 mois, au moins 5 jours sur 7).

Les chirurgies (injection de virus, implantation des électrodes) engendrent dans certains cas une douleur post-opératoire. Le conditionnement nécessite d’associer une lumière avec une stimulation , ce qui peut provoquer un léger stress initialement. La tâche comportementale appétitive n’est pas stressante en soi, mais nécessite que l’animal ait une certaine motivation pour chercher le renforcement positif (récompense alimentaire). L’alimentation est contrôlée, en donnant la nourriture immédiatement après la séance comportementale en quantité suffisante (90-95% de la ration normale), de façon à ce qu’il n’y ait pas de reste de nourriture le lendemain, mais que l’animal ait une légère sensation de faim garantissant la motivation des animaux. L’IRM étant une modalité de neuroimagerie non-invasive et non-irradiante, les potentiels effets indésirables sont liés au fait que l’examen est réalisé sous anesthésie légère. Une légère perte de poids peut être observée le lendemain, suite au stress potentiellement induit par la combinaison IRM et transport entre les EU1 et EU2 (même si les bâtiments sont très proches). Une légère douleur peut faire suite au placement de l’animal dans les barres d’oreille lors de l’examen IRM.

Tous les animaux seront mis à mort à la fin de la procédure, pour une analyse par histologie des cerveaux, mais également pour vérifier l’emplacement des électrodes et le site d’injection virale dans la structure amygdalienne, vérification nécessaire pour pouvoir comparer les résultats obtenus sur les différents groupes d’animaux.

D’une façon générale, les rongeurs sont un bon modèle d’étude des circuits neuronaux impliqués dans certains processus cognitifs. Le rat est le modèle de choix du laboratoire, car les structures cérébrales étudiées ici chez le rat ont leur correspondant chez l’humain et l’animal permet un accès à des méthodes invasives ne pouvant être faites chez l’humain. La taille supérieure du rat, par rapport à la souris, nous permet de réaliser des interventions plus spécifiques au niveau central (en particulier pour l’injection chez le juvénile). La littérature scientifique pertinente à ce projet, en particulier les analyses des comportements anxieux, est riche en études réalisées sur le rat. Ainsi, nous bénéficierons d’une base de données importante, que nous pourrons enrichir par nos contributions. Il est connu que la période de l’adolescence est associée à une susceptibilité au stress et un développement important des structures impliquées, notamment l’amygdale, dans les réponses à la peur. Toutefois, de nombreuses structures, dont le cortex préfrontal, qui sont impliquées dans la majorité des comportements émotionnels, sont encore immatures à l’adolescence. Nous voulons modifier l’activité de l’amygdale à deux stades du développement, le stade de préadolescence (juvénile) et dès le début de l’adolescence, qui correspondent à des périodes critiques dans le processus de connectivité de cette structure avec d’autres structures du réseau de réponse à la peur. Les expériences commenceront donc dès que les vecteurs sont incorporés dans les neurones principaux de l’amygdale, soit ~10 jours après leur injection, et se poursuivront jusqu’à l’âge adulte, avec des analyses comportementales et des acquisitions IRM en fin d’adolescence, puis chez l’adulte par des études comportementales en corrélation avec des analyses au niveau fonctionnel par IRM et des enregistrements électrophysiologiques.