Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 2024-07-10 00:00:00
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-907766)
Maintenues à plus de 85 % de leur poids normal par une restriction alimentaire, et isolées en cage individuelle de deux à cinq semaines, les souris de ce projet doivent rester motivées par la récompense alimentaire des tâches de mémoire. 400 vont être utilisées, toutes tuées à l’issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Chacune reçoit un implant cérébral posé au cours d’une chirurgie de quatre à six heures, puis son activité cérébrale est enregistrée environ deux semaines, jusqu’à quatre heures par jour pendant son sommeil, pour étudier le rôle des astrocytes dans la consolidation de la mémoire. Le porteur qualifie la restriction alimentaire de légère et affirme, littérature à l’appui, que cette restriction et l’exercice dans les labyrinthes sont bénéfiques pour la santé et le vieillissement des souris.
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
Le but de ce projet est de tester le rôle des astrocytes dans la théorie standard des mécanismes de formation et de consolidation de la mémoire, qui attribue un rôle critique à l’hippocampe et à ses partenaires corticaux et sous-corticaux, notamment pendant le sommeil. Notre attention sera portée sur le rôle des astrocytes dans l’émergence de certains rythmes du sommeil afin de comprendre leur rôle dans la plasticité de l’hippocampe. Nous entraînerons donc des souris à effectuer des tâches de mémoire impliquant ces systèmes, nous enregistrerons l’activité cérébrale pendant l’accomplissement de ces tâches et pendant le sommeil qui précède et qui suit l’apprentissage, et nous tenterons également d’altérer les performances mnésiques en modifiant la dynamique cérébrale au moyen de mutations ciblées au niveau des cellules gliales astrocytaires. Nos expériences incluront également des groupes contrôles. Des souris seront utilisées pour toutes les étapes de ce projet. La souris est un modèle standard pour l’étude de la mémoire aussi bien en psychologie animale qu’en neurophysiologie chez l’animal libre de ses mouvements.
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Ce projet permettra de mieux comprendre les mécanismes astrocytaires de la formation et de la consolidation de la mémoire. Nous nous intéresserons en particulier à l’hippocampe, une structure qui chez l’homme joue un rôle clef dans la mémoire des souvenirs personnels (mémoire épisodique) et des faits généraux (mémoire sémantique), et qui est particulièrement impactée dans les troubles mnésiques liés aux maladies neurologiques, notamment l’épilepsie et la maladie d’Alzheimer. À ce titre, nos travaux précédents décrivant une méthode d’amélioration de la consolidation de la mémoire chez le rat ont été récemment répliqués chez l’homme et laissent entrevoir la possibilité de pallier certains déficits mnésiques liés à l’âge ou à la pathologie.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Ce projet utilisera au maximum 400 souris. Pour étudier les bases neurales de la mémoire, les animaux sont entraînés à effectuer des tâches de mémoire spatiale dans une cage ouverte ou dans des labyrinthes. Si l’accomplissement de ces tâches repose sur la motivation des animaux à obtenir des récompenses alimentaires, une légère restriction alimentaire est nécessaire à leur motivation. Pour permettre une restriction précise, les animaux sont maintenus dans des cages individuelles, à proximité directe de leurs congénères, dans des cages transparentes pour assurer une contiguïté visuelle, auditive et olfactive. La littérature scientifique montre que la légère restriction alimentaire (>85% du poids normal à l’âge de l’animal) et l’exercice physique dans les labyrinthes sont bénéfiques pour un grand nombre de marqueurs de santé et de vieillissement. Les animaux reçoivent un implant chirurgical (1 fois, typiquement 4–6 h) pour pouvoir enregistrer leur activité cérébrale (typiquement pendant 2 semaines) pendant l’accomplissement de la tâche (typiquement 1h/jour d’enregistrement) ainsi que pendant le sommeil lorsque la mémoire se stabilise à long terme (typiquement 2–4h/jour d’enregistrement). Les tâches d’apprentissage peuvent inclure de phases courtes (familiarisation de 20minutes) ou longues selon la capacité de l’animal à apprendre la tâche (durée des tests : jusqu’à 2h, une fois par jour, pendant au maximum 1 mois). Dans le cas d’un apprentissage court, la phase de test dure 10 minutes et la tâche comportementale peut-être répétée 2 fois à 2 semaines d’intervalle. Les animaux concernés sont isolés de 2 à 5 semaines. Les animaux concernés par la restriction alimentaire le sont pendant 5 semaines maximum. Pour les animaux concernés, une expression intracérébrale de protéines d’intérêt sera également pratiquée (1 fois, typiquement 1–2h). Une analyse histologique permettra de vérifier les sites d’enregistrement ou d’expression.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
Certains animaux, qui subissent une chirurgie longue, peuvent souffrir d’effets indésirables comme l’hypothermie, la déshydratation et des douleurs post-opératoires. Certains animaux peuvent être maintenus dans des cages individuelles pendant une durée limitée et peuvent être soumis à une restriction alimentaire précise. Les animaux seront étudiés pendant leur période de repos car nous souhaitons aussi enregistrer leur sommeil. Ceci constitue un désagrément mineur puisque la tache comportementale dure relativement peu de temps et leur sommeil est naturellement fragmenté comparé à l’humain.
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
À l’issue de l’ensemble des procédures, les animaux seront mis à mort. La validation des enregistrements nécessite un prélèvement histologique.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
Certains mécanismes cellulaires et moléculaires sous-tendant la mémoire (par exemple, le recrutement de nouveaux récepteurs au niveau synaptique) peuvent être défrichés in vitro. Dans le laboratoire, nous avons développé un modèle in vitro d’ondes hippocampiques qui a permis d’élaborer notre hypothèse de l’implication astrocytaire dans les ondes cérébrales du sommeil. Cependant, in vitro il n’est ni possible de reproduire un apprentissage comportemental ni de créer de façon satisfaisante un état comparable au sommeil. Tous deux nécessitent un réseau plus large que l’hippocampe qui n’est pas réalisable in vitro. De plus, certaines propriétés computationnelles de petits réseaux de neurones peuvent être testées in silico (modèles computationnels) mais les propriétés des astrocytes ne sont pas assez connues pour pouvoir en déduire des informations fiables biologiquement. In fine, l’étude des mécanismes de réseau de formation et de consolidation de la mémoire nécessite de faire des liens corrélationnels et causaux précis entre activité neuronale à grande échelle et comportements d’apprentissage et de mémoire, et ne peut se faire que sur des animaux au cours même de l’apprentissage, du sommeil et du rappel.
2. Réduction
Pour réduire le nombre d’animaux, nous utiliserons des systèmes d’acquisition haute densité, permettant d’enregistrer à la fois un grand nombre d’astrocytes et des nombreux sites cérébraux (32 canaux répartis entre le circuit thalamocortical et l’hippocampe) simultanément ce qui maximisera la quantité d’information apportée par chaque animal. L’approche statistique tirera profit des tous derniers développements statistiques et analytiques du domaine. Ainsi, nos approches analytiques s’appuient sur de nombreux tests statistiques : tests paramétriques standards et tests non paramétriques.
3. Raffinement
Après les chirurgies, les souris seront surveillées et les points limites évalués quotidiennement pendant une semaine afin de déceler des signes de douleur sur la base de la grille d’évaluation de la douleur validée pour éviter toute souffrance des animaux. Les soins post-opératoires incluront des traitements antibiotiques, analgésiques, ainsi qu’une surveillance quotidienne des animaux. Nos expériences s’effectueront sur des animaux soit anesthésiés pour l’ajustement et l’optimisation de la position des sondes d’enregistrement, soit vigiles, libres de leurs mouvements (et non tête fixée) pour se rapprocher au mieux de la physiologie et limiter le stress. Les systèmes d’enregistrement sont miniaturisés au maximum pour s’assurer que les animaux implantés aient un comportement tout à fait normal. Pour limiter le stress dû à l’isolement, nous utiliserons des cages transparentes placées à proximité les unes des autres, de façon que les animaux puissent rester en contact visuel, auditif et olfactif.
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Le rongeur est l’espèce standard pour toutes les études des bases neurophysiologiques de la mémoire. Ce sont les modèles pour lesquels les outils expérimentaux sont les plus développés (électrophysiologie à grande échelle, vecteurs viraux, optogénétiques). En outre, les souris peuvent porter une mutation génétique capable d’exprimer un marqueur fluorescent sensible au calcium et de marquer ainsi l’activité calcique des astrocytes, ce qui est à ce jour le seul moyen de suivre leur activité pendant la dynamique du cerveau au cours du sommeil. Nous utiliserons des souris adultes (2-8mois) pour lesquels, l’apprentissage et le sommeil sont bien caractérisés.