Recherche fondamentale

Opérées au cerveau sous anesthésie pendant une heure et demie, puis exposées chaque jour à de l'alcool pendant deux heures durant plusieurs semaines, 104 souris sont utilisées dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré, toutes tuées à l'issue pour analyse des tissus cérébraux. L'hébergement en cages séparées par des cloisons perforées, prévu sur huit semaines, est reconnu comme source de stress. L'étude cherche à comprendre les différences entre mâles et femelles dans la consommation d'alcool et l'activité du cortex insulaire. Le porteur affirme que l'analyse de l'activité neuronale au cours de la consommation impose l'animal vivant, une culture cellulaire ne permettant pas cette mesure.

Objectifs

L’objectif du projet est de 1) étudier les différences de consommation d’alcool chez les souris mâles et femelles et 2) d’étudier l’activité des neurones du cortex insulaire (insula) antérieur et postérieur dans ces différences.

Bénéfices attendus

Ce projet permettra d’étudier le rôle des neurones du cortex insulaire antérieur et postérieur dans les différences mâles/femelles sur la consommation d’alcool chez la souris. A long terme, ce projet permettra d’ouvrir la voie vers la compréhension des régions cérébrales impliquées dans les différences sexuelles dans l’addiction à l’alcool, et de mettre en place de nouvelles prises en charges personnalisées chez l’humain, en prenant en compte le sexe.

Procédures

Les souris seront opérées à l’âge adulte (semaine 10) avec une durée maximale de chirurgie de 1h30, suivie d’une période de récupération de 4 jours. Les animaux seront exposés à de l’alcool dilué dans de l’eau, puis de l’alcool supplémenté d’une substance amère, durant 2h/j pendant 4 jours suivi de 3 jours de pause sans mesure de la consommation. Les animaux seront hébergés dans une même cage, séparés par des séparateurs perforés et transparents pour qu’ils puissent se voir et se toucher. Cet hébergement durera 8 semaines.

Impact sur les animaux

La chirurgie peut engendrer des douleurs post-opératoires au niveau des sites d’incision, l’injection, ou d’implantation de fibre. La prise d’alcool peut engendrer une intoxication qui disparaît 30 minutes après la fin de la prise. L’accès à l’alcool étant limité à 2h/jours, les animaux ne développent pas de syndrome de sevrage. L’hébergement avec des séparateurs peut engendrer du stress.

Devenir

Tous les animaux seront euthanasiés à la fin de chaque procédure afin de procéder à des analyses sur les tissus cérébraux.

Remplacement

Le projet porte sur une analyse de l’activité des neurones au cours de la consommation d’éthanol. Par conséquent, cette procédure doit être effectuée chez des animaux vivants. Des méthodes telles que la culture de cellules ne permettent pas la quantification des connexions neuronales ou de la mesure de l’activité en réponse à une simulation sensorielle in vivo.

Réduction

Nous avons réduit au strict nécessaire le nombre d’animaux afin d’obtenir une analyse fiable (le nombre d’animaux estimé permet d’effectuer des tests statistiques) et complète de l’analyse comportementale et de l’activité de notre région cérébrale d’intérêt. Nous avons utilisé un logiciel pour calculer le nombre d’animaux nécessaires pour chaque procédure en prenant en compte la quantité de conditions expérimentales pour chacune d’elle. Nous nous sommes également appuyés sur la bibliographie.

Raffinement

Pour réduire la souffrance imposée par le protocole et améliorer le bien-être des animaux, les mesures suivantes seront appliquées : 1. Les cages seront enrichies avec un nid cotonné pour améliorer leur confort. 2. Une surveillance quotidienne des animaux sera effectuée par le personnel animalier, y compris les week-ends et jours fériés. Avant le début de l’expérience, une surveillance hebdomadaire sera réalisée par l’expérimentateur, qui passera ensuite à une surveillance quotidienne pendant toute la durée de l’expérience. Les observations incluront la vérification de la capacité de l’animal à s’alimenter, son poids, son comportement, sa vivacité et l’état de son pelage. 3. Pour prévenir la douleur pré-opératoire, un analgésique sera administré. 4. Les chirurgies seront réalisées sous anesthésie générale. La température corporelle de l’animal sera maintenue grâce à un tapis chauffant. Un gel ophtalmique sera appliqué sur les yeux pour prévenir la déshydratation oculaire. 5. Après la chirurgie, un sérum physiologique stérile sera administré pour éviter la déshydratation, et de la nourriture humidifiée sera mise à disposition au sol de la cage. 6. Le poids, l’état de l’animal, et la bonne cicatrisation de l’incision dans la peau de la tête seront contrôlés quotidiennement pendant 4 jours suivant la chirurgie. Des points limite adaptés ont été mis en place pour toute la durée du protocole.

Choix des espèces

Les souris sont un modèle largement utilisé pour l’étude des régions cérébrales impliquées dans l’addiction aux drogues incluant l’alcool, puisque la majorité des études se font sur ce modèle. Il est donc nécessaire de travailler sur la souris, pour pouvoir comparer nos résultats avec les études précédentes et actuelles. De plus, notre région cérébrale d’intérêt (l’insula) possède la même structure chez la souris que chez l’humain. Les animaux seront utilisés au stade adulte, afin de travailler sur des neurones matures. Les procédures chirurgicales seront réalisées chez des souris âgées de 10 semaines.

Chacune des 96 souris enchaîne, à 6, 12 puis 18 mois, une batterie de tests répartie sur trois semaines : prélèvements sanguins, suspension à un câble à 45 cm du sol, labyrinthe, mesure de force, arène lumineuse, course forcée sur tapis roulant et 48 heures en cage individuelle. Ces procédures relèvent d'un niveau de souffrance modéré et toutes les souris sont tuées à l'issue pour nécropsie. La course sur tapis roulant est entretenue par des chocs électriques que le porteur qualifie de légers et destinés à motiver le mouvement. L'étude vise à mesurer l'effet d'un anticorps anti-GDF15 sur le vieillissement, le protocole imposant à chaque animal trois cycles de tests sur dix-huit mois.

Objectifs

Le vieillissement est un processus complexe et hétérogène, se manifestant par différentes trajectoires de déclin fonctionnel et métabolique. GDF15 est l’une des protéines les plus corrélées à l’âge avec des niveaux qui augmentent progressivement tout au long de la vie. Elle a un effet protecteur à court terme, mais son élévation chronique est associée au déclin lié à l’âge. Dans ce contexte, ce projet a pour objectif d'évaluer de manière approfondie l'impact d'un traitement par anticorps anti-GDF15 sur ces trajectoires. L'étude vise à mettre en évidence comment ce traitement influence la préservation d'un ensemble de capacités intrinsèques (aptitudes physiques et cognitives non liées à un apprentissage ou un entrainement) et l'amélioration des marqueurs clés du métabolisme comme le taux de cholestérol et de glucose dans le sang, et la dépense énergétique par exemple. En identifiant les effets précis du traitement, ce projet contribuera à une meilleure compréhension des mécanismes physiologiques impliqués dans le vieillissement, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques pour favoriser la vitalité et la qualité de vie à un âge avancé. Le projet pourra se dérouler dans deux Établissements Utilisateurs si nécessaire.

Bénéfices attendus

Grâce à cette étude, nous serons en mesure de mieux comprendre le rôle de la GDF-15 dans les processus de vieillissement ainsi que son lien avec le déclin fonctionnel, et d'envisager de nouvelles approches thérapeutique pour favoriser la vitalité et la qualité de vie à un âge avancé.

Procédures

Les animaux vigiles seront soumis à une série d'évaluations comportementales, motrices, et métaboliques, réparties sur 3 semaines, le tout à 3 reprises, soit à l’âge de 6, 12 et 18 mois : - Les prélèvements de sang : faible volume et sous anesthésie gazeuse pour la Biochimie du sang et l'hématologie. - L’analyse de la composition corporelle : les animaux seront placés dans une cellule de contention, type tube, lui-même placé dans une chambre RMN durant moins de 3 minutes au total. - Evaluation de la coordination motrice : Les animaux seront suspendus à un câble métallique à une hauteur de 45 cm pendant maximum 4 minutes et le temps de chute (sur une surface épaisse et molle pour amortir le choc) sera mesuré à trois reprises, chaque mesure étant espacée d’une heure. - Évaluation de la mémoire spatiale à court terme : Les animaux seront soumis à un test d'exploration dans un labyrinthe, d'une durée d'environ 8 minutes par souris. - Évaluation de la force de préhension : La force motrice des membres sera mesurée par trois prises espacées d'une heure pour une durée totale d'environ 5 minutes par mesure. - Évaluation de l'activité motrice et de l'anxiété : Les animaux seront observés pendant 10 minutes dans une arène lumineuse. - Évaluation de l'endurance physique : Les animaux seront soumis à un exercice forcé sur tapis roulant. La durée de cette intervention est variable en fonction des performances individuelles. Des stimulations électriques de faible intensité encouragent le mouvement. - La mesure des échanges gazeux : les animaux sont temporairement individualisés (48h) pour permettre la mesure des gaz consommés et produits de chaque individu. Afin de limiter la fatigue et l'interférence entre les mesures, les tests seront répartis sur 3 semaines (Prélèvements de sang et Analyse de la composition corporelle en semaine 1, tests comportementaux en semaine 2, mesure des échanges gazeux en semaine 3). L’ensemble du projet jusqu’à ce stade sera réalisé dans le premier Etablissement Utilisateur. En fin de procédure, les animaux seront mis à jeûn durant 2 heures, anesthésiés pour un prélèvement de sang terminal puis mis à mort pour nécropsie dans le premier ou le second Etablissement Utilisateur.

Impact sur les animaux

Les tests expérimentaux utilisés pour cette étude génèrent un faible niveau de stress : - Les prélèvements de sang génèrent un stress et une douleurs légers. Ces prélèvements n'auront lieu que tous les 6 mois, soit 3 fois au cours du protocole. - L’analyse de la composition corporelle implique le placement des animaux dans une cellule de confinement exigüe, ce qui génère un stress léger et court (moins de 3 minutes au total). - La préhension de une à cinq minutes lors de la mise en place des animaux dans les dispositifs de comportement génère un stress léger. - L'évaluation de la coordination motrice génère un stress physique léger. Les animaux seront suspendus à un câble métallique à une hauteur de 45 cm pendant maximum 4 minutes. - L'évaluation de la mémoire spatiale à court terme génère un stress léger et court (environ 8 minutes) lié à un environnement nouveau et non familier. - L'évaluation de la force de préhension genère un stress lors de la préhension mais également un stress physique court lors de l’expérience (5 minutes par mesure). - L'évaluation de l'activité motrice et de l'anxiété génère un stress léger et court (10 minutes) car l’environnement est nouveau, lumineux et non sécurisant (absence d’enrichissement). - L'évaluation de l'endurance physique génère un stress modéré et un inconfort physique dus à l'exercice forcé (la durée de cette intervention est variable en fonction des performances individuelles). Les stimulations électriques sur la grille arrière sont utilisées uniquement pour inciter l'animal à courir et sont calibrées au niveau minimal efficace (choc aversif léger) pour motiver le mouvement par inconfort et non par douleur. - La mesure des échanges gazeux génère un stress modéré lié à l’individualisation temporaire (48h) des animaux. Les fonds de cage de calorimétrie sont les mêmes que les fonds de cages d’hébergement habituel, ils sont transparents et les animaux peuvent se voir d’une cage à l’autre durant l’enregistrement. - Le transport éventuel en fin de protocole pour la mise à mort dans le second Etablissement Utilisateur, entrainera un stress léger lié au mouvement des cages durant quelques minutes (300m à parcourir).

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort en fin de procédure afin de procéder à des nécropsies (analyses en biochimie et en expression génique sur différents organes d'intérêt).

Remplacement

Dans le cadre de ce projet, nous souhaitons analyser comment un traitement anti-GDF15 influence l'évolution des capacités intrinsèques et des fonctions métaboliques d'individus d'âge avancé. L'évaluation de ces processus exige l'utilisation d'organismes vivants (humains ou modèles animaux), car les tests comportementaux essentiels ne peuvent être reproduits par des approches in vitro ou ex vivo. Compte tenu de son espérance de vie plus courte et de ses processus physiologiques similaires à ceux de l'Homme, la souris apparaît comme le modèle de choix le plus pertinent pour cette étude.

Réduction

Le nombre d’animaux a été réduit au maximum en se basant sur les données de la littérature et ce nombre a été corrigé par un calcul de puissance statistique. L'utilisation d'un analyseur de composition corporelle pour évaluer les masses grasses et maigre constitue également un élément de réduction du nombre d'animaux utilisé, en ceci que 60 secondes dans une cellule de contention remplacent l'utilisation d'animaux supplémentaires : avant l'utilisation de cet automate, il était nécessaire de prévoir un groupe d'animaux dédié à la composition corporelle, évaluée par prélèvement et pesée des tissus lors d'une nécropsie.

Raffinement

Les tests expérimentaux utilisés pour cette étude génèrent peu de stress (préhension lors de la mise en place des animaux dans les dispositifs de comportement). Une habituation aux gestes de manipulation sera effectuée avant chaque lot de tests pendant 5 minutes par souris pendant 3 jours avant le début des tests pour limiter le stress généré par l’expérimentateur. Les animaux seront également acclimatés à la salle d’expérimentation pendant la phase d’habituation. Les prélèvements de sang seront réalisés sous anesthésie gazeuse afin de limiter le stress et la douleur, ce geste sera effectué par une personne ayant une longue exérience de ce geste technique. Des éléments d’enrichissement seront mis en place dans la cage d’hébergement afin d’assurer leur bien-être et réduire le stress : animaux placés en groupe dans les cages, mise en place de tunnels en cartons, du papier pour faire un nid. A partir de l’âge de 12 mois, les souris seront placées dans des portoirs connectés DVC (Cage Digitales Ventilées) permettant d’identifier précocément toute perte d’activité et de prostration. Enfin, si la mise à mort a lieu dans le second Etablissement Utilisateur, les animaux seront transportés entre les deux établissements suivant une procédure de transport déclarée lors de l’agrément du second Etablissement Utilisateur (cheminement et conditions de transport validés par signature d’une charte de transport). Les animaux sont transportés dans leur cage d'origine et les cages seront protégées du froid ou de la chaleur dans un container souple occultant et isotherme afin de minimiser le stress, pour un transport d'une durée de moins de 10 minutes. Le choix de la mise à mort dans le premier Etablissement Utilisateur sera privilégié si l’organisation des laboratoires et des équipements au moment de la mise à mort le permet.

Choix des espèces

Lors de ce projet, nous cherchons à étudier l’évolution des capacités intrinsèques (aptitudes physiques et cognitives non liées à un apprentissage ou un entrainement) d’un individu d’âge avancé et ses fonctions métaboliques en fonction d’un traitement anti-GDF15. Cela nécessite de l’étudier sur des organismes vivants, humains ou modèles animaux. La souris semble un choix plus approprié pour cette étude grâce à l’espérance de vie plus courte et des processus physiologiques similaires à l’Homme. Pour étudier les différentes trajectoires de vieillissement, une évaluation des capacités et des fonctions métaboliques sera réalisée à trois âges différents : 6, 12 et 18 mois. L’objectif est d’identifier le rôle précoce de GDF-15 et de l’action du traitement testé à long terme.

Déjà utilisés dans un projet antérieur, 18 cochons vont être soumis à la pose chirurgicale d'un cathéter dans la veine jugulaire puis à 14 à 16 prélèvements sanguins étalés sur 56 heures, dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré, tous tués à l'issue. L'objectif est de mesurer la cinétique sanguine d'une ancienne tétracycline chez le cochon pour en réajuster les doses. Chaque animal reçoit deux administrations d'antibiotique, la seconde sur animal vigile sous contention ferme, et est mis à mort à la fin pour prélever muscles, foie et reins. Le porteur présente le cochon vivant comme la seule voie possible pour suivre la cinétique du produit, dix animaux formant selon lui le minimum et huit autres servant à tester un gilet de protection des cathéters.

Objectifs

Certains antibiotiques dits « anciens » utilisés en médecine vétérinaire font partie des traitements dits de « premier recours » pour les praticiens dans toutes les espèces animales de production. Pour ces anciennes molécules, les autorisations de mise sur le marché indiquent d’utiliser la même dose, quelle que soit l’espèce animale concernée. Or, ces doses ne sont probablement pas bien adaptées, car les vitesses d'élimination (et donc la durée d'action) peuvent être très variables d'une espèce à l'autre. Ces différences peuvent aboutir à des expositions à l’antibiotique bien différentes d’une espèce animale à l’autre, et notamment à un risque d’exposition insuffisante in vivo (sur animaux vivants), diminuant les chances d’efficacité du traitement. L’objectif principal des procédures expérimentales est de générer des données pharmacocinétiques (à savoir le suivi des concentrations sanguines au cours du temps) in vivo pour une ancienne molécule antibiotique de la famille des tétracyclines couramment utilisée chez le porc. Par la suite, et à l’aide de la modélisation pharmacocinétique/pharmacodynamique (PKPD) (correspondant à un outil mathématique permettant de relier les concentrations sanguines à l’effet observé, soit ici la diminution du nombre de bactéries pathogènes), les modalités optimales d’administration de ces deux molécules seront déterminées (ajustement des doses et fréquence d'administration).

Bénéfices attendus

L’approche pharmacocinétique/pharmacodynamique pour optimiser la recherche de dose efficace en antibiothérapie est bien établie en médecine vétérinaire, et peut être utilisée pour réviser les posologies des anciens antibiotiques. Cette révision des posologies passe par une caractérisation adéquate des profils pharmacocinétiques de chaque molécule pour chaque espèce animale cible de ces traitements. Ainsi, les études pharmacocinétiques in vivo, prévues dans ce projet, couplées à des études pharmacodynamiques in vitro sur des bactéries pathogènes les plus fréquemment rencontrées, vont, à terme, permettre d’optimiser l’usage des tétracyclines (doses, posologies) chez le porc. Une utilisation plus optimale des antibiotiques permettra de : (i) augmenter les chances de succès du premier recours à l’antibiothérapie, et ainsi réduire la probabilité d’un éventuel recours à un antibiotique supplémentaire (potentiellement d’une famille d’antibiotiques classée comme critique) ; (ii) minimiser l’exposition à des concentrations sub-optimales, qui favorisent la sélection et l’émergence de la résistance aux antimicrobiens.

Procédures

Pour pouvoir prélever du sang de façon répétée, un cathéter sera posé au niveau de la veine jugulaire externe, grâce à un acte chirurgical réalisé sous anesthésie générale et échoguidé. Cette technique, utilisant un échographe, permet de réduire la durée de l’intervention par rapport à une chirurgie « classique » (de 1h30-2h à 30-45 minutes par animal) tout en minimisant le risque infectieux (acte moins invasif). Cet acte chirurgical peut être source de stress et de douleur, mais une contention maîtrisée, suivie d’une anesthésie/analgésie adaptée, permettra de réduire au maximum ces désagréments. Des prélèvements sanguins répétés (14 à 16) seront réalisés sur 56 h. Une fois le cathéter posé (avec une rallonge du connecteur), les prélèvements de sang seront totalement indolores, sans contention particulière, et réalisés en moins d'une minute. L'hébergement individuel (10 animaux) ainsi que le port d'un gilet protecteur (pour 8 animaux) se feront sur une durée maximale de 17 jours.

Impact sur les animaux

La procédure de pose de cathéter sera réalisée sous anesthésie générale et dans des conditions d'asepsie strictes. Pour éviter tout problème respiratoire durant l'anesthésie générale, un contrôle permanent sera effectué par un opérateur expérimenté et complété par un appareil de monitoring. Un tapis chauffant est utilisé durant l'ensemble des actes chirurgicaux afin de maintenir la température corporelle de l'animal. Lors du réveil, les animaux peuvent être désorientés et stressés. Une fois le cathéter posé, les prélèvements de sang et l'entretien des cathéters seront totalement indolores, et donc non générateurs de stress. Il n'est pas attendu d'effet indésirable, sauf un éventuel risque d'infection en cas d'erreur d'asepsie et/ou de mauvais entretien des cathéters (risque très faible). Durant l'expérimentation, une source de stress et de douleur légère viendra de l'administration de l'antibiotique, qui sera faite sur animal vigile et nécessite donc une contention ferme, mais d'une durée très brève (inférieure à 2-3 min).

Devenir

Chaque porc sera mis à mort à l’issue de l’expérimentation dans des conditions éthiques, et les tissus d’intérêt (muscles, foie, reins) seront récoltés pour le dosage de l'antibiotique.

Remplacement

Il n’existe actuellement pas de méthodes non-animales de remplacement pour suivre la cinétique plasmatique (tout en incluant les variabilités inter-individuelles) des molécules, qui est une étape préliminaire à l’approche pharmacocinétique/pharmacodynamique envisagée.

Réduction

L’utilisation de 10 animaux est le strict minimum pour pouvoir correctement estimer la variabilité inter-individuelle des paramètres pharmacocinétiques, et assurer suffisamment de résultats fiables et robustes en cas de dysfonctionnement des cathéters empêchant de récolter du sang pour un ou plusieurs animaux pour l'ensemble des échéances prévues. Les 8 porcs supplémentaires permettent d'évaluer l'intérêt du gilet protecteur lors d'un hébergement collectif pour protéger les cathéters. De plus, chaque animal sera utilisé pour deux administrations d'antibiotique, ce qui permet de limiter le nombre total d'animaux. Une période de repos adaptée entre les 2 administrations permet de garantir la fiabilité des résultats et de laisser les animaux récupérer. Les résultats seront analysés grâce à une modélisation mathématique, qui permettra par la suite d’étendre l’exploration à d’autres posologies, sans la nécessité d’utiliser d’autres animaux. Enfin, ces 18 porcs seront réutilisés d'un projet antérieur, limitant ainsi le recours à des animaux supplémentaires.

Raffinement

La pose de cathéter sous échographie est très peu invasive, et l'ensemble des anesthésiques ont un effet analgésique suffisant pour ce type de procédure. Un anti-inflammatoire sera utilisé en cas de manifestation de douleur de l'animal après la pose des cathéters. Les cathéters seront protégés avec un bandage adéquat, vérifié régulièrement et changé s’il devient trop souillé. Pour 10 porcs, l'hébergement sera individuel après la pose des cathéters, afin d'éviter l'arrachement des cathéters et d'assurer un minimum strict de résultats. Des barrières entre cases permettent un contact visuel, olfactif et tactile (groin à groin) entre porcs voisins. Des enrichissements appropriés seront également présents dans l’environnement : balles ainsi que jouets à mâcher suspendus. Les 8 porcs restants seront hébergés par 2, et des gilets protecteurs seront posés sur les animaux afin de limiter les risques d’arrachement des cathéters entre individus. Cette procédure permettra d'évaluer le bénéfice-risque du port de ces gilets, et ainsi pouvoir raffiner les conditions d'hébergement lors de futurs projets. Des sessions d’interactions positives sont régulièrement effectuées lors des prélèvements sanguins, par des caresses et grattages, ce qui permet d’améliorer le bien-être des animaux et de les familiariser avec les opérateurs.

Choix des espèces

Il s'agit de l'espèce cible utilisée au laboratoire pour les études de cinétique plasmatique. Au début de l’expérimentation, les porcs auront exactement 11 semaines au début de ce projet, soit un poids autour de 35 kg. Cet intervalle de poids permet une manipulation aisée des animaux (sécurité des opérateurs, diminution du stress des animaux).

Capturées, anesthésiées, puis équipées par chirurgie d'un émetteur introduit dans la cavité générale en moins de cinq minutes, 50 lamproies marines sont utilisées dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré avant d'être relâchées dans le cours d'eau. L'opération peut provoquer douleurs, saignements et infection, limités selon le porteur par anesthésie et antibiotiques. L'objectif est de repérer les sites de reproduction et les obstacles à la migration d'une espèce classée en danger, dont le déclin est attribué notamment à la prédation par le silure. Les lamproies marquées meurent naturellement après la reproduction, au plus tard à la mi-juillet, et les émetteurs sont récupérés sur les cadavres.

Objectifs

La lamproie marine est une espèce menacée en déclin en Europe et en particulier en France. Le manque de connaissance sur leur écologie limite les actions de gestion. On n’observe généralement plus (ou moins) de frayères en amont des bassins versants malgré la présence d’individus à l’aval, observés par comptages au niveau de stations de contrôle. Le premier objectif de ce projet est de déterminer s’il existe des sites de reproduction sur des sites inconnus, potentiellement en eau profonde où les prospections classiques à pied ou en embarcation ne sont pas possibles. Le second objectif est de vérifier si les individus dénombrés aux stations de contrôle parviennent sur des sites de reproduction et quels sont les points bloquants si des difficultés sont rencontrées.

Bénéfices attendus

Les populations de lamproie marine connaissent un fort déclin actuellement et les informations sur leur cycle de vie manquent pour prendre des mesures de conservation adaptées. Un des principaux bénéfices du projet est de connaître le devenir des individus en amont d’un bassin versant. A l’heure actuelle, les sites de reproduction des individus franchissant le barrage demeurent incertains, car on ne les observe plus ou très rarement sur les frayères historiques. Selon une première hypothèse, les individus pourraient se reproduire en milieu plus profond, en aval du bassin versant (secteurs impossible à prospecter à l’œil nu). Une autre hypothèse émise est que les individus ne parviennent plus aux sites de frai et meurent sans s’être reproduits. Des points de blocages pourraient ainsi être identifiés. La prédation par le silure a récemment été montrée. L’espèce étant largement présente sur le bassin étudié, il est vraisemblable que les lamproies soient également prédatées sur ce bassin. Mieux connaître la migration et les sites de reproduction permettra d’adapter au mieux les mesures de gestion de l’espèce.

Procédures

Les animaux seront soumis à une seule opération chirurgicale visant à l'introduction dans la cavité générale de matériel scientifique (émetteurs). Cette opération durera moins de 5 minutes.

Impact sur les animaux

L’étude implique l’insertion par chirurgie de matériel scientifique réalisée sous anesthésie. Les nuisances potentielles (douleurs, saignements, infection) sont limitées par l'utilisation de mesures prophylactiques et des traitements médicamenteux (antibiotique et antalgique) adaptés et définis avec la collaboration d'un vétérinaire spécialisé. Cette intervention est considérée comme "modérée". Les individus choisis auront un poids qui leur permettra de supporter l'insertion du matériel scientifique. Ce dernier ne dépassera pas 2% du poids de l'animal comme recommandé dans la littérature.

Devenir

L'observation s'effectue dans le milieu naturel : a l'issue de la procédure expérimentale (insertion d'émetteurs), les animaux sont relâchés dans le cours d'eau. Les lamproies meurent naturellement à l’issue de la reproduction (espèce sémelpare), soit au maximum à la mi-juillet pour les individus marqués. Les émetteurs seront récupérés après la mort.

Remplacement

L’objectif de l’étude est de connaître le comportement de migration et de reproduction de la lamproie marine en milieu naturel. Il n’est donc pas possible de remplacer l’espèce par un autre modèle d’étude ou par des alternatives non animales.

Réduction

L’effectif prévu est de 50 individus. Ce nombre est l’effectif minimal d’individus pour obtenir une vision représentative des différents comportements individuels sur les sites de reproduction et du taux de prédation par le silure sans toutefois impliquer une fraction importante de la population si l’on se base sur les effectifs comptés ces 3 dernières années. En tablant sur un taux de prédation de 80% sur les individus marqués, comme documenté dans la littérature, une dizaine d’individus pourraient atteindre les sites de reproduction. Une expérience sur un autre cours d’eau mettant en œuvre un protocole de marquage identique a montré que la mortalité liée au marquage est limitée. Les émetteurs seront récupérés après la mort des individus, pour récupérer les données enregistrées.

Raffinement

Les principales mesures de raffinement concernent la limitation des nuisances (angoisse et douleur) lors de la manipulation des animaux avant, pendant et après la chirurgie et la limitation des risques d'infection post-opératoire. La combinaison d'utilisation de produits anesthésiques de concentration adaptée (1- concentration pour l'anesthésie pré-opératoire et 2- pour le maintien de l'anesthésie pendant l'opération) et d'antalgiques limitent directement l'angoisse et la douleur pendant et après l'opération, et l'administration d'antibiotiques limite les risques d'infections liés à l'opération. Les mesures prophylactiques classiques (désinfection du matériel) limitent également les sources d'infection pouvant induire des nuisances post-opératoires. Les opérations de chirurgie seront effectuées par du personnel habilité et spécifiquement formé par un vétérinaire. Le protocole opératoire est co-construit avec un vétérinaire. Les conditions environnementales d'importance première pour les poissons (température et oxygénation de l'eau) seront contrôlées avant, pendant et après la capture et l'opération. Les individus seront placés dans un vivier et, après une période d’observation jusqu’à la reprise d’équilibre, d’un rythme de ventilation régulier et de nage active, ils seront relâchés dans la rivière.

Choix des espèces

L’espèce ciblée, la lamproie marine, est une espèce en classée en danger (EN) par l’UICN en France et dont les effectifs sont en constante diminution ces dernières années. Il est donc nécessaire d’acquérir des connaissances sur son comportement de reproduction et sur les menaces/contraintes que l’espèce est susceptible de rencontrer au cours de sa migration et de sa reproduction. Ces informations sont cruciales pour prendre les mesures de gestion et de conservation appropriées. Les individus utilisés seront des adultes capturés juste avant leur maturité (caractères sexuels secondaires encore non visibles), en début de période de migration en eau douce. C’est à ce stade que la migration de montaison a lieu, et durant laquelle les individus sont exposés à de multiples pressions qu’il est nécessaire de mieux caractériser (obstacles et prédation notamment).

Pour cartographier les circuits neuronaux de l'apprentissage social, six macaques à longue queue vont être utilisés dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré, tous tués à l'issue. Chaque animal subit l'implantation chirurgicale d'un plot de tête et d'une chambre d'enregistrement, des injections intracérébrales, puis des séances quotidiennes en chaise de contention trois heures par jour, cinq jours par semaine, sous contrôle hydrique pouvant durer de quelques mois à plusieurs années. Le porteur reconnaît que la contention, la restriction d'eau et les chirurgies provoquent stress, douleur post-opératoire et risque d'infection. Il affirme qu'aucune simulation ou culture cellulaire ne peut remplacer l'animal vivant pour étudier ce comportement, et prévoit de prélever le cerveau après la mise à mort.

Objectifs

Ce projet est multisite et se déroulera dans 4 établissements utilisateurs. L'apprentissage social permet d'apprendre les conséquences d'un comportement sans expérience directe, mais par l'observation d’autrui. Des situations dangereuses peuvent être évitées et les bénéfices de comportements futurs maximisés. Mon projet de recherche vise à comprendre les circuits neuronaux sous-jacents à l'apprentissage social. Pour cela, il faut comprendre les règles qui le régissent, i.e. l'algorithme derrière ce comportement, et ses bases neurales, i.e. les régions cérébrales et les codes neuronaux permettant l'émergence de ce comportement. L'apprentissage social pourrait être soutenu par un renforcement vicariant, i.e. la valeur du comportement des autres serait mise à jour en fonction du résultat de ce comportement. La différence entre le résultat attendu et le résultat réel d’un comportement de choix permettrait le calcul d’une erreur de prédiction de la récompense observée et la mise à jour la valeur de chaque option comportementale. Cela nécessite deux composantes : représenter le comportement d’autrui et établir une association entre action-résultat de l’action. Les meilleurs candidats pour ces processus sont respectivement le mur médian du cortex préfrontal et le striatum antérieur. Alors que deux singes interagissent dans une tâche comportementale conçue pour étudier l'apprentissage social, je vais 1) enregistrer simultanément l'activité neuronale des structures préfrontales et striatales pour suivre la représentation dynamique des variables d'apprentissage social dans les boucles corticostriatales et 2) manipuler la dopamine, une molécule présente dans le cerveau et impliquée dans l'apprentissage individuel, et évaluer (ou non) son recrutement pendant l'apprentissage social. Ma prédiction est que les structures représentant la valeur des actions observées interagiront avec le circuit d'apprentissage individuel, sous l'influence de la dopamine, et permettront d'apprendre par observation.

Bénéfices attendus

Ce projet portera des bénéfices à différentes échelles. A court et moyen terme, il permettra l’élargissement des connaissances sur les réseaux cortico-striataux impliqués dans les comportements d’apprentissage individuel et social. Le jeu de données récolté sera d’une précision spatiale et temporelle inédite. Les aires corticales et sous-corticales sont généralement étudiées séparemment chez le primate alors que leur communication en boucles récurrentes semble être la clé de l’integration neuronale. L'implication de la dopamine dans l'apprentissage social, qui reste une question centrale dans ce domaine de recherche, sera adressée directement. Les bénéfices succeptibles de découler de ce projet sont de : (i) Caractériser la représentation des variables d’apprentissage social dans le striatum anterieur et le cortex préfrontal médian et de comprendre les dynamiques des réseaux cérébraux. (ii) Comprendre le rôle de la dopamine, une molécule importante dans la communication entre les neurones de ce circuit, dans ces deux types d’apprentissage grâce à l'inactivation de son influence sur le striatum. (iii) Fournir ces jeux de données à la communauté scientifiques pour contraindre/valider/étendre les modèles existants de ces apprentissages. A long terme, et de manière plus globale, ce projet permet (iv) de comprendre les mécanismes neuronaux de comportements qui sont dérégulés dans certaines pathologies touchant la cognition sociale, telles que le trouble du spectre autistique, la schizophrénie ou le trouble déficit de l'attention avec ou sans hyperactivité. La compréhension de ces mécanismes permettra, in fine, (v) d'améliorer et d'adapter des méthodes pédagogiques et d'éducation, prévenant potentiellement l'exclusion sociale. (iv)Cela permettra également une meilleure prise en charge thérapeutique des patients, avec un traitement et un soutien plus fin et efficace.

Procédures

Ce projet est multisite et se déroulera dans 4 établissements utilisateurs (EU). Chaque animal sera soumis aux interventions suivantes : - Déplacement au centre IRM pour acquisition d'images IRM, sous anesthésie pour une durée totale d'environ 2h + 2x10min de trajet (EU1/4). Déplacement dans l'EU2/4 pour acquisition d'images par rayons X, sous anesthésie pour une durée totale d'environ 20min + 2x10min de trajet. - Délacement vers l'EU3/4 pour acquisition d'images, sous anesthésie, 1 fois pour une durée d'envirion 2h + 2x3h30 de trajet. - Chirurgie d'implantation du plot de tête et injection intracérébrales pour une durée d'environ 8h. Si les injections s'allongent dans le temps, l'animal subira une chirurgie séparée pour la mise en place du plot de tête (EU1/4). - Chirurgie d'implantation de chambre d'enregistrement, sous anesthésie, pour une durée d'environ 6h (EU1/4). - La prise quotidienne de l'animal en chaise pour entrainement et enregistrements électrophysiologiques, environ 3h, 5 jours par semaine, ainsi que le contrôle hydrique de quelques mois à plusieurs années (EU1/4).

Impact sur les animaux

Ce projet utilisera des macaques fascicularis. La plupart des étapes de la procédure utilisée sera susceptible de créer une nuisance aux animaux. i) Les premières fois où les animaux seront mis en chaise pour leur venu dans le laboratoire pourront causer du stress lié à la prise de l’animal à l’aide d’une canne et à son déplacement depuis sa cage d’hébergement jusqu’à la chaise primate. Cela durera d’une à deux semaines bien qu’une habituation des animaux à la canne soit préalablement réalisée. ii) La restriction des mouvements de la tête des animaux à l’aide d’un plot de tête sera également source de stress, principalement lors des premières mises en contention. iii) Le contrôle hydrique partiel lié au besoin expérimental pourra engendrer un stress, une déshydratation, une perte d'appétit et en conséquence une perte de poids durant la durée de l’expérience. iv) L’anesthésie et l’intubation de l’animal, nécessaires aux procédures d'acquisitions d'images et de chirurgie d’implantation du plot de tête, la réalisation d’injections intracérébrales et de chambre d’enregistrement pourront créer de la douleur post-opératoire à l’animal durant plusieurs jours, des hémorragies et des infections. v) En post-opératoire, l’animal pourrait ressentir de la douleur et développer une infection liée aux actes chirurgicaux. vi) L'isolement post-opératoire de l'animal (une semaine sans contact physique de ses congénères) pourrait créer du stress.

Devenir

Les animaux seront mis à mort. L'objectif de la mise à mort est de prélever le cerveau de l'animal en fin de projet afin de préciser par une analyse post-mortem la localisation, la spécificité et l'état de préservation des zones cérébrales étudiées.

Remplacement

Le projet implique l'utilisation d'animaux car à ce jour, il n'existe pas d'alternatives expérimentales permettant de répondre aux objectifs. Aucune simulation informatique ou culture cellulaire ne peut remplacer le modèle animal vivant pour l'étude des substrats neuronaux de comportements complexes tel que l’apprentissage social. Les techniques électrophysiologiques utilisées dans le projet, permettant une mesure de l'activité de neurones unitaires, bien qu'utilisées en milieu clinique, restent trop invasives pour être utilisées chez l'homme pour des approches expérimentales.

Réduction

Les procédures chirurgicales prévues comportent un certain risque. Nous prévoyons d'inclure un maximum de six animaux dans cette étude afin de maximiser le nombre de paires d’animaux qui travailleront ensemble dans le box expérimental. Cependant les objectifs de l’étude sont atteignables avec quatre animaux. Si nous obtenons suffisamment de données (neurophysiologiques et séances comportementales) pour une analyse statistique satisfaisante chez quatre animaux, nous n'en utiliserons pas d’autres. Pour chaque animal, l’enregistrement avec plusieurs microélectrodes multi-contacts permettra de mesurer l’activité de populations neuronales dans plusieurs structures corticales et sous-corticales. La richesse des enregistrements multi-électrodes offre la possibilité de réaliser de très nombreux types d’analyses portant sur les potentiels d’actions de neurones isolés (modulation de fréquence de décharges ou de synchronisation entre neurones dans différentes périodes de la tâche ou dans différentes structures), sur les populations de neurones (distribution spatiale de l’activité, moyennes de populations), sur les potentiels de champs locaux (LFP) et sur la synchronisation entre LFP et potentiels d’actions. La répétition des séances d’enregistrement sur plusieurs mois a pour objectif d’augmenter le nombre de neurones différents enregistrés dans chaque structure. Cette augmentation permet d’augmenter la puissance statistique de nos analyses. La durée totale des enregistrements pour un animal est étroitement dépendante de la quantité de neurones enregistrés quotidiennement. De fait, elle ne peut être définie à priori. De même, la qualité et le temps d’expression des DREADDs, même si renseigné dans la littérature comme durant plusieurs mois voire année, ne peut pas être définie à priori.

Raffinement

La cage et volière de l’animal est enrichi de perchoirs, de cordes et de jeux suspendus, pour favoriser les comportements exploratoires de l'animal et aussi le retour à une activité normale en période post-chirurgicale. Après un délai minimal d'une semaine et selon l'état de récupération, l'animal sera sorti en chaise afin de reprendre une routine qui lui est familière. Les méthodes de renforcement positif (training et habituation) seront utilisées afin de réduire le stress des sujets. L'IRM anatomique et le CT-SCAN pre-chirurgicaux permettent de mieux planifier l’implantation de la chambre d'enregistrement, pour bien atteindre les aires corticales et sous-corticales ciblées. L'IRM anatomique, le CT-SCAN et le PET-SCAN seront réalisés sous anesthésie générale afin de s'assurer de l'inconscience de l'animal, réduisant de fait le stress de l'animal lors de la réalisation de la procédure. Lors d'interventions chirurgicales, en plus de l'anesthésie, un analgésique sera administré et prolongé en période post-opératoire. Des points limites précoces et adaptés seront appliqués.

Choix des espèces

Le primate non humain (PNH) sera utilisé pour la proximité anatomo-fonctionnelle des boucles cortico-striatales qu'il partage avec l'humain, notamment les boucles préfronto-striatales qui sont majoritairement représentés chez le PNH par rapport à d'autres mammifères. L’organisation des differentes couches corticales pour la computation intra-aires et les connectivités inter-aires sont particulièrement similaires entre le PNH et l’humain. Les animaux seront préférentiellement utilisés au stade de jeune adulte/adulte. A ce stade du développement, les animaux ne sont plus en croissance et leurs besoins physiologiques sont stabilisés. Cela permet un contrôle plus précis des protocoles expérimentaux, que ce soit en termes de volume des récompenses utilisées pour l'apprentissage par renforcement, de contrôle du régime alimentaire dans la cage ou de localisation des structures cérébrales cibles pour les implants chirurgicaux. Par ailleurs, les animaux étant encore jeunes, ils présentent une meilleure tolérance aux procédures expérimentales et une meilleure récupération suite aux procédures nécessitant une anesthésie. Des animaux plus jeunes mais ayant déjà atteints leur maturité sexuelle pourraient être utilisés pour les premières phases d'habituation et être ainsi jeunes adultes lors du commencement des parties ultérieures de la procédure.

Déplacés entre quatre établissements pour des séances d'imagerie sous anesthésie, 6 macaques à longue queue subissent des chirurgies cérébrales puis des enregistrements quotidiens en chaise de contention, dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré. Le contrôle de l'eau accompagne l'entraînement sur des mois voire des années. Tous sont tués à l'issue pour prélèvement du cerveau. Le porteur retient le primate pour la proximité de ses circuits cérébraux avec ceux de l'humain, proximité qui vaut aussi pour la sensibilité à ce qui leur est infligé.

Objectifs

Ce projet est multisite et se déroulera dans 4 établissements utilisateurs. L'apprentissage social permet d'apprendre les conséquences d'un comportement sans expérience directe, mais par l'observation d’autrui. Des situations dangereuses peuvent être évitées et les bénéfices de comportements futurs maximisés. Mon projet de recherche vise à comprendre les circuits neuronaux sous-jacents à l'apprentissage social. Pour cela, il faut comprendre les règles qui le régissent, i.e. l'algorithme derrière ce comportement, et ses bases neurales, i.e. les régions cérébrales et les codes neuronaux permettant l'émergence de ce comportement. L'apprentissage social pourrait être soutenu par un renforcement vicariant, i.e. la valeur du comportement des autres serait mise à jour en fonction du résultat de ce comportement. La différence entre le résultat attendu et le résultat réel d’un comportement de choix permettrait le calcul d’une erreur de prédiction de la récompense observée et la mise à jour la valeur de chaque option comportementale. Cela nécessite deux composantes : représenter le comportement d’autrui et établir une association entre action-résultat de l’action. Les meilleurs candidats pour ces processus sont respectivement le mur médian du cortex préfrontal et le striatum antérieur. Alors que deux singes interagissent dans une tâche comportementale conçue pour étudier l'apprentissage social, je vais 1) enregistrer simultanément l'activité neuronale des structures préfrontales et striatales pour suivre la représentation dynamique des variables d'apprentissage social dans les boucles corticostriatales et 2) manipuler la dopamine, une molécule présente dans le cerveau et impliquée dans l'apprentissage individuel, et évaluer (ou non) son recrutement pendant l'apprentissage social. Ma prédiction est que les structures représentant la valeur des actions observées interagiront avec le circuit d'apprentissage individuel, sous l'influence de la dopamine, et permettront d'apprendre par observation.

Bénéfices attendus

Ce projet portera des bénéfices à différentes échelles. A court et moyen terme, il permettra l’élargissement des connaissances sur les réseaux cortico-striataux impliqués dans les comportements d’apprentissage individuel et social. Le jeu de données récolté sera d’une précision spatiale et temporelle inédite. Les aires corticales et sous-corticales sont généralement étudiées séparemment chez le primate alors que leur communication en boucles récurrentes semble être la clé de l’integration neuronale. L'implication de la dopamine dans l'apprentissage social, qui reste une question centrale dans ce domaine de recherche, sera adressée directement. Les bénéfices succeptibles de découler de ce projet sont de : (i) Caractériser la représentation des variables d’apprentissage social dans le striatum anterieur et le cortex préfrontal médian et de comprendre les dynamiques des réseaux cérébraux. (ii) Comprendre le rôle de la dopamine, une molécule importante dans la communication entre les neurones de ce circuit, dans ces deux types d’apprentissage grâce à l'inactivation de son influence sur le striatum. (iii) Fournir ces jeux de données à la communauté scientifiques pour contraindre/valider/étendre les modèles existants de ces apprentissages. A long terme, et de manière plus globale, ce projet permet (iv) de comprendre les mécanismes neuronaux de comportements qui sont dérégulés dans certaines pathologies touchant la cognition sociale, telles que le trouble du spectre autistique, la schizophrénie ou le trouble déficit de l'attention avec ou sans hyperactivité. La compréhension de ces mécanismes permettra, in fine, (v) d'améliorer et d'adapter des méthodes pédagogiques et d'éducation, prévenant potentiellement l'exclusion sociale. (iv)Cela permettra également une meilleure prise en charge thérapeutique des patients, avec un traitement et un soutien plus fin et efficace.

Procédures

Ce projet est multisite et se déroulera dans 4 établissements utilisateurs (EU). Chaque animal sera soumis aux interventions suivantes : - Déplacement au centre IRM pour acquisition d'images IRM, sous anesthésie pour une durée totale d'environ 2h + 2x10min de trajet (EU1/4). Déplacement dans l'EU2/4 pour acquisition d'images par rayons X, sous anesthésie pour une durée totale d'environ 20min + 2x10min de trajet. - Délacement vers l'EU3/4 pour acquisition d'images, sous anesthésie, 1 fois pour une durée d'envirion 2h + 2x3h30 de trajet. - Chirurgie d'implantation du plot de tête et injection intracérébrales pour une durée d'environ 8h. Si les injections s'allongent dans le temps, l'animal subira une chirurgie séparée pour la mise en place du plot de tête (EU1/4). - Chirurgie d'implantation de chambre d'enregistrement, sous anesthésie, pour une durée d'environ 6h (EU1/4). - La prise quotidienne de l'animal en chaise pour entrainement et enregistrements électrophysiologiques, environ 3h, 5 jours par semaine, ainsi que le contrôle hydrique de quelques mois à plusieurs années (EU1/4).

Impact sur les animaux

Ce projet utilisera des macaques fascicularis. La plupart des étapes de la procédure utilisée sera susceptible de créer une nuisance aux animaux. i) Les premières fois où les animaux seront mis en chaise pour leur venu dans le laboratoire pourront causer du stress lié à la prise de l’animal à l’aide d’une canne et à son déplacement depuis sa cage d’hébergement jusqu’à la chaise primate. Cela durera d’une à deux semaines bien qu’une habituation des animaux à la canne soit préalablement réalisée. ii) La restriction des mouvements de la tête des animaux à l’aide d’un plot de tête sera également source de stress, principalement lors des premières mises en contention. iii) Le contrôle hydrique partiel lié au besoin expérimental pourra engendrer un stress, une déshydratation, une perte d'appétit et en conséquence une perte de poids durant la durée de l’expérience. iv) L’anesthésie et l’intubation de l’animal, nécessaires aux procédures d'acquisitions d'images et de chirurgie d’implantation du plot de tête, la réalisation d’injections intracérébrales et de chambre d’enregistrement pourront créer de la douleur post-opératoire à l’animal durant plusieurs jours, des hémorragies et des infections. v) En post-opératoire, l’animal pourrait ressentir de la douleur et développer une infection liée aux actes chirurgicaux. vi) L'isolement post-opératoire de l'animal (une semaine sans contact physique de ses congénères) pourrait créer du stress.

Devenir

Les animaux seront mis à mort. L'objectif de la mise à mort est de prélever le cerveau de l'animal en fin de projet afin de préciser par une analyse post-mortem la localisation, la spécificité et l'état de préservation des zones cérébrales étudiées.

Remplacement

Le projet implique l'utilisation d'animaux car à ce jour, il n'existe pas d'alternatives expérimentales permettant de répondre aux objectifs. Aucune simulation informatique ou culture cellulaire ne peut remplacer le modèle animal vivant pour l'étude des substrats neuronaux de comportements complexes tel que l’apprentissage social. Les techniques électrophysiologiques utilisées dans le projet, permettant une mesure de l'activité de neurones unitaires, bien qu'utilisées en milieu clinique, restent trop invasives pour être utilisées chez l'homme pour des approches expérimentales.

Réduction

Les procédures chirurgicales prévues comportent un certain risque. Nous prévoyons d'inclure un maximum de six animaux dans cette étude afin de maximiser le nombre de paires d’animaux qui travailleront ensemble dans le box expérimental. Cependant les objectifs de l’étude sont atteignables avec quatre animaux. Si nous obtenons suffisamment de données (neurophysiologiques et séances comportementales) pour une analyse statistique satisfaisante chez quatre animaux, nous n'en utiliserons pas d’autres. Pour chaque animal, l’enregistrement avec plusieurs microélectrodes multi-contacts permettra de mesurer l’activité de populations neuronales dans plusieurs structures corticales et sous-corticales. La richesse des enregistrements multi-électrodes offre la possibilité de réaliser de très nombreux types d’analyses portant sur les potentiels d’actions de neurones isolés (modulation de fréquence de décharges ou de synchronisation entre neurones dans différentes périodes de la tâche ou dans différentes structures), sur les populations de neurones (distribution spatiale de l’activité, moyennes de populations), sur les potentiels de champs locaux (LFP) et sur la synchronisation entre LFP et potentiels d’actions. La répétition des séances d’enregistrement sur plusieurs mois a pour objectif d’augmenter le nombre de neurones différents enregistrés dans chaque structure. Cette augmentation permet d’augmenter la puissance statistique de nos analyses. La durée totale des enregistrements pour un animal est étroitement dépendante de la quantité de neurones enregistrés quotidiennement. De fait, elle ne peut être définie à priori. De même, la qualité et le temps d’expression des DREADDs, même si renseigné dans la littérature comme durant plusieurs mois voire année, ne peut pas être définie à priori.

Raffinement

La cage et volière de l’animal est enrichi de perchoirs, de cordes et de jeux suspendus, pour favoriser les comportements exploratoires de l'animal et aussi le retour à une activité normale en période post-chirurgicale. Après un délai minimal d'une semaine et selon l'état de récupération, l'animal sera sorti en chaise afin de reprendre une routine qui lui est familière. Les méthodes de renforcement positif (training et habituation) seront utilisées afin de réduire le stress des sujets. L'IRM anatomique et le CT-SCAN pre-chirurgicaux permettent de mieux planifier l’implantation de la chambre d'enregistrement, pour bien atteindre les aires corticales et sous-corticales ciblées. L'IRM anatomique, le CT-SCAN et le PET-SCAN seront réalisés sous anesthésie générale afin de s'assurer de l'inconscience de l'animal, réduisant de fait le stress de l'animal lors de la réalisation de la procédure. Lors d'interventions chirurgicales, en plus de l'anesthésie, un analgésique sera administré et prolongé en période post-opératoire. Des points limites précoces et adaptés seront appliqués.

Choix des espèces

Le primate non humain (PNH) sera utilisé pour la proximité anatomo-fonctionnelle des boucles cortico-striatales qu'il partage avec l'humain, notamment les boucles préfronto-striatales qui sont majoritairement représentés chez le PNH par rapport à d'autres mammifères. L’organisation des differentes couches corticales pour la computation intra-aires et les connectivités inter-aires sont particulièrement similaires entre le PNH et l’humain. Les animaux seront préférentiellement utilisés au stade de jeune adulte/adulte. A ce stade du développement, les animaux ne sont plus en croissance et leurs besoins physiologiques sont stabilisés. Cela permet un contrôle plus précis des protocoles expérimentaux, que ce soit en termes de volume des récompenses utilisées pour l'apprentissage par renforcement, de contrôle du régime alimentaire dans la cage ou de localisation des structures cérébrales cibles pour les implants chirurgicaux. Par ailleurs, les animaux étant encore jeunes, ils présentent une meilleure tolérance aux procédures expérimentales et une meilleure récupération suite aux procédures nécessitant une anesthésie. Des animaux plus jeunes mais ayant déjà atteints leur maturité sexuelle pourraient être utilisés pour les premières phases d'habituation et être ainsi jeunes adultes lors du commencement des parties ultérieures de la procédure.

Tués à l'issue pour prélèvement du cerveau, 6 macaques à longue queue vont être utilisés dans un projet multisite d'un niveau de souffrance modéré. Ils subissent des chirurgies d'implantation cérébrale, puis sont maintenus en chaise de contention environ trois heures par jour, cinq jours par semaine, avec un contrôle de l'eau étalé sur plusieurs mois. L'objectif est d'enregistrer l'activité de neurones pendant une tâche d'apprentissage social. La durée d'immobilisation et de restriction hydrique s'étend sur des mois sans que le protocole en fixe le terme.

Objectifs

Ce projet est multisite et se déroulera dans 4 établissements utilisateurs. L'apprentissage social permet d'apprendre les conséquences d'un comportement sans expérience directe, mais par l'observation d’autrui. Des situations dangereuses peuvent être évitées et les bénéfices de comportements futurs maximisés. Mon projet de recherche vise à comprendre les circuits neuronaux sous-jacents à l'apprentissage social. Pour cela, il faut comprendre les règles qui le régissent, i.e. l'algorithme derrière ce comportement, et ses bases neurales, i.e. les régions cérébrales et les codes neuronaux permettant l'émergence de ce comportement. L'apprentissage social pourrait être soutenu par un renforcement vicariant, i.e. la valeur du comportement des autres serait mise à jour en fonction du résultat de ce comportement. La différence entre le résultat attendu et le résultat réel d’un comportement de choix permettrait le calcul d’une erreur de prédiction de la récompense observée et la mise à jour la valeur de chaque option comportementale. Cela nécessite deux composantes : représenter le comportement d’autrui et établir une association entre action-résultat de l’action. Les meilleurs candidats pour ces processus sont respectivement le mur médian du cortex préfrontal et le striatum antérieur. Alors que deux singes interagissent dans une tâche comportementale conçue pour étudier l'apprentissage social, je vais 1) enregistrer simultanément l'activité neuronale des structures préfrontales et striatales pour suivre la représentation dynamique des variables d'apprentissage social dans les boucles corticostriatales et 2) manipuler la dopamine, une molécule présente dans le cerveau et impliquée dans l'apprentissage individuel, et évaluer (ou non) son recrutement pendant l'apprentissage social. Ma prédiction est que les structures représentant la valeur des actions observées interagiront avec le circuit d'apprentissage individuel, sous l'influence de la dopamine, et permettront d'apprendre par observation.

Bénéfices attendus

Ce projet portera des bénéfices à différentes échelles. A court et moyen terme, il permettra l’élargissement des connaissances sur les réseaux cortico-striataux impliqués dans les comportements d’apprentissage individuel et social. Le jeu de données récolté sera d’une précision spatiale et temporelle inédite. Les aires corticales et sous-corticales sont généralement étudiées séparemment chez le primate alors que leur communication en boucles récurrentes semble être la clé de l’integration neuronale. L'implication de la dopamine dans l'apprentissage social, qui reste une question centrale dans ce domaine de recherche, sera adressée directement. Les bénéfices succeptibles de découler de ce projet sont de : (i) Caractériser la représentation des variables d’apprentissage social dans le striatum anterieur et le cortex préfrontal médian et de comprendre les dynamiques des réseaux cérébraux. (ii) Comprendre le rôle de la dopamine, une molécule importante dans la communication entre les neurones de ce circuit, dans ces deux types d’apprentissage grâce à l'inactivation de son influence sur le striatum. (iii) Fournir ces jeux de données à la communauté scientifiques pour contraindre/valider/étendre les modèles existants de ces apprentissages. A long terme, et de manière plus globale, ce projet permet (iv) de comprendre les mécanismes neuronaux de comportements qui sont dérégulés dans certaines pathologies touchant la cognition sociale, telles que le trouble du spectre autistique, la schizophrénie ou le trouble déficit de l'attention avec ou sans hyperactivité. La compréhension de ces mécanismes permettra, in fine, (v) d'améliorer et d'adapter des méthodes pédagogiques et d'éducation, prévenant potentiellement l'exclusion sociale. (iv)Cela permettra également une meilleure prise en charge thérapeutique des patients, avec un traitement et un soutien plus fin et efficace.

Procédures

Ce projet est multisite et se déroulera dans 4 établissements utilisateurs (EU). Chaque animal sera soumis aux interventions suivantes : - Déplacement au centre IRM pour acquisition d'images IRM, sous anesthésie pour une durée totale d'environ 2h + 2x10min de trajet (EU1/4). Déplacement dans l'EU2/4 pour acquisition d'images par rayons X, sous anesthésie pour une durée totale d'environ 20min + 2x10min de trajet. - Délacement vers l'EU3/4 pour acquisition d'images, sous anesthésie, 1 fois pour une durée d'envirion 2h + 2x3h30 de trajet. - Chirurgie d'implantation du plot de tête et injection intracérébrales pour une durée d'environ 8h. Si les injections s'allongent dans le temps, l'animal subira une chirurgie séparée pour la mise en place du plot de tête (EU1/4). - Chirurgie d'implantation de chambre d'enregistrement, sous anesthésie, pour une durée d'environ 6h (EU1/4). - La prise quotidienne de l'animal en chaise pour entrainement et enregistrements électrophysiologiques, environ 3h, 5 jours par semaine, ainsi que le contrôle hydrique de quelques mois à plusieurs années (EU1/4).

Impact sur les animaux

Ce projet utilisera des macaques fascicularis. La plupart des étapes de la procédure utilisée sera susceptible de créer une nuisance aux animaux. i) Les premières fois où les animaux seront mis en chaise pour leur venu dans le laboratoire pourront causer du stress lié à la prise de l’animal à l’aide d’une canne et à son déplacement depuis sa cage d’hébergement jusqu’à la chaise primate. Cela durera d’une à deux semaines bien qu’une habituation des animaux à la canne soit préalablement réalisée. ii) La restriction des mouvements de la tête des animaux à l’aide d’un plot de tête sera également source de stress, principalement lors des premières mises en contention. iii) Le contrôle hydrique partiel lié au besoin expérimental pourra engendrer un stress, une déshydratation, une perte d'appétit et en conséquence une perte de poids durant la durée de l’expérience. iv) L’anesthésie et l’intubation de l’animal, nécessaires aux procédures d'acquisitions d'images et de chirurgie d’implantation du plot de tête, la réalisation d’injections intracérébrales et de chambre d’enregistrement pourront créer de la douleur post-opératoire à l’animal durant plusieurs jours, des hémorragies et des infections. v) En post-opératoire, l’animal pourrait ressentir de la douleur et développer une infection liée aux actes chirurgicaux. vi) L'isolement post-opératoire de l'animal (une semaine sans contact physique de ses congénères) pourrait créer du stress.

Devenir

Les animaux seront mis à mort. L'objectif de la mise à mort est de prélever le cerveau de l'animal en fin de projet afin de préciser par une analyse post-mortem la localisation, la spécificité et l'état de préservation des zones cérébrales étudiées.

Remplacement

Le projet implique l'utilisation d'animaux car à ce jour, il n'existe pas d'alternatives expérimentales permettant de répondre aux objectifs. Aucune simulation informatique ou culture cellulaire ne peut remplacer le modèle animal vivant pour l'étude des substrats neuronaux de comportements complexes tel que l’apprentissage social. Les techniques électrophysiologiques utilisées dans le projet, permettant une mesure de l'activité de neurones unitaires, bien qu'utilisées en milieu clinique, restent trop invasives pour être utilisées chez l'homme pour des approches expérimentales.

Réduction

Les procédures chirurgicales prévues comportent un certain risque. Nous prévoyons d'inclure un maximum de six animaux dans cette étude afin de maximiser le nombre de paires d’animaux qui travailleront ensemble dans le box expérimental. Cependant les objectifs de l’étude sont atteignables avec quatre animaux. Si nous obtenons suffisamment de données (neurophysiologiques et séances comportementales) pour une analyse statistique satisfaisante chez quatre animaux, nous n'en utiliserons pas d’autres. Pour chaque animal, l’enregistrement avec plusieurs microélectrodes multi-contacts permettra de mesurer l’activité de populations neuronales dans plusieurs structures corticales et sous-corticales. La richesse des enregistrements multi-électrodes offre la possibilité de réaliser de très nombreux types d’analyses portant sur les potentiels d’actions de neurones isolés (modulation de fréquence de décharges ou de synchronisation entre neurones dans différentes périodes de la tâche ou dans différentes structures), sur les populations de neurones (distribution spatiale de l’activité, moyennes de populations), sur les potentiels de champs locaux (LFP) et sur la synchronisation entre LFP et potentiels d’actions. La répétition des séances d’enregistrement sur plusieurs mois a pour objectif d’augmenter le nombre de neurones différents enregistrés dans chaque structure. Cette augmentation permet d’augmenter la puissance statistique de nos analyses. La durée totale des enregistrements pour un animal est étroitement dépendante de la quantité de neurones enregistrés quotidiennement. De fait, elle ne peut être définie à priori. De même, la qualité et le temps d’expression des DREADDs, même si renseigné dans la littérature comme durant plusieurs mois voire année, ne peut pas être définie à priori.

Raffinement

La cage et volière de l’animal est enrichi de perchoirs, de cordes et de jeux suspendus, pour favoriser les comportements exploratoires de l'animal et aussi le retour à une activité normale en période post-chirurgicale. Après un délai minimal d'une semaine et selon l'état de récupération, l'animal sera sorti en chaise afin de reprendre une routine qui lui est familière. Les méthodes de renforcement positif (training et habituation) seront utilisées afin de réduire le stress des sujets. L'IRM anatomique et le CT-SCAN pre-chirurgicaux permettent de mieux planifier l’implantation de la chambre d'enregistrement, pour bien atteindre les aires corticales et sous-corticales ciblées. L'IRM anatomique, le CT-SCAN et le PET-SCAN seront réalisés sous anesthésie générale afin de s'assurer de l'inconscience de l'animal, réduisant de fait le stress de l'animal lors de la réalisation de la procédure. Lors d'interventions chirurgicales, en plus de l'anesthésie, un analgésique sera administré et prolongé en période post-opératoire. Des points limites précoces et adaptés seront appliqués.

Choix des espèces

Le primate non humain (PNH) sera utilisé pour la proximité anatomo-fonctionnelle des boucles cortico-striatales qu'il partage avec l'humain, notamment les boucles préfronto-striatales qui sont majoritairement représentés chez le PNH par rapport à d'autres mammifères. L’organisation des differentes couches corticales pour la computation intra-aires et les connectivités inter-aires sont particulièrement similaires entre le PNH et l’humain. Les animaux seront préférentiellement utilisés au stade de jeune adulte/adulte. A ce stade du développement, les animaux ne sont plus en croissance et leurs besoins physiologiques sont stabilisés. Cela permet un contrôle plus précis des protocoles expérimentaux, que ce soit en termes de volume des récompenses utilisées pour l'apprentissage par renforcement, de contrôle du régime alimentaire dans la cage ou de localisation des structures cérébrales cibles pour les implants chirurgicaux. Par ailleurs, les animaux étant encore jeunes, ils présentent une meilleure tolérance aux procédures expérimentales et une meilleure récupération suite aux procédures nécessitant une anesthésie. Des animaux plus jeunes mais ayant déjà atteints leur maturité sexuelle pourraient être utilisés pour les premières phases d'habituation et être ainsi jeunes adultes lors du commencement des parties ultérieures de la procédure.