Système nerveux

Une injection de toxines dans le cerveau pour détruire des neurones, un choc électrique de 0,7 milliampère et une restriction alimentaire : 2 280 rats vont être utilisés dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré, tous tués à l'issue. Plusieurs modèles de la maladie de Parkinson sont reproduits, avec pose d'une canule cérébrale et injections répétées sur quatre semaines, suivies de tests comportementaux et d'imagerie. Le protocole prévoit la mise à mort dès qu'un rat atteint des points limites : perte de 20 % du poids, prostration, automutilation ou hémorragie. L'objectif est d'identifier des marqueurs d'imagerie des troubles moteurs et cognitifs, sur des modèles dont le porteur reconnaît qu'ils ne reproduisent que partiellement la maladie humaine.

Objectifs

Le projet se déroulera désormais dans 2 EU. La maladie de Parkinson (MP) se caractérise par les classiques signes moteurs permettant le diagnostic mais également par des troubles cognitifs et psycho-comportementaux, plus variables dans leur apparition et leur expression, mais ayant un impact considérable sur l’autonomie et la qualité de vie des patients ainsi que sur les décisions thérapeutiques. Pourtant, leur prise en charge reste limitée et requiert une meilleure compréhension des mécanismes impliqués, notamment via l’identification de biomarqueurs. Les biomarqueurs sont des indicateurs des processus pathogènes et des outils précieux tant pour faciliter le diagnostic précoce, que pour suivre l’évolution de la pathologie ou l’efficacité d’un traitement. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) avec ses explorations anatomiques et fonctionnelles, combinée à des méthodes spécifiques d’analyse a récemment permis de mettre en évidence des marqueurs de certains des troubles observés en clinique. Cependant son utilisation reste encore marginale notamment pour le diagnostic, et le lien entre ces marqueurs d’imagerie et l’histologie reste à établir. Cette corrélation est indispensable tant à la compréhension des mécanismes sous-jacents qu’à la validation de ces marqueurs en tant que Biomarqueurs de la pathologie. L’utilisation de modèles animaux est le moyen le plus adapté pour mener ce type d’études. Cependant, ils ne miment que partiellement la pathologie humaine et chaque modèle présentent des avantages et des limites. Il convient donc de valider les résultats obtenus sur plusieurs modèles complémentaires pouvant représenter les différents aspects physiopathologiques de la maladie. Le présent projet vise d’abord à étudier plusieurs de ces modèles afin de reproduire les différents troubles moteurs et non moteurs associés à la pathologie. Les objectifs seront ensuite d’identifier des biomarqueurs des troubles moteurs et non moteurs en IRM/TEP et d’étudier les mécanismes physiopathologiques sous-jacent. Enfin, en fonction des résultats de cette première partie (et des résultats in vitro fait en parallèle), certains de ces modèles seront reproduits afin de tester l’effet de stratégies thérapeutiques . Un modèle de démence induite par une déplétion cholinergique centrale sera aussi utilisé comme contrôle positif de déclin cognitif sévère afin de contrôler l’efficacité de ces stratégies.

Bénéfices attendus

Ce projet permettra d’identifier des biomarqueurs des troubles moteurs et non moteurs en imagerie in vivo (IRM ou TEP) et d’étudier les mécanismes physiopathologiques sous-jacent (Histologie). Ces biomarqueurs pourraient être validés et utilisés en clinique pour aider au diagnostic de certains troubles, le suivi non invasif de l'évolution de la pathologie et/ou de l'effet des traitements. L'étude des mécanismes sous jacents permettra l'idenitfication de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles dont l'efficacité sera testée.

Procédures

Les animaux seront soumis à des procédures chirurgicales visant à injecter des toxines pour induire des lésions cérébrales (30 minutes) dans l'EU2/2 pour les AAV2/9 hm-alpha-syn en A2 et dans l'EU1/2 pour les autres toxines (6OHDA, MPTP, IgG saporine). Après transfert dans l'EU1/2, certains d'entre eux subiront à nouveau une procédure chirurgicale pour l'implantation d'une canule d'administation cérébrale (30 minutes). Certains animaux subiront des injections sous-cutanées ou intra-péritonéales (Maximum 2/jours pendant 4 semaines). Tous les animaux subiront une série de tests comportementaux dont certains nécessitent une restriction alimentaire avec rationnement, ou la délivrance d'un choc electrique (0,7 mA - 2 sec, 1 seule fois). Le transport entre les 2 EU sera assuré par un transporteur agréé respectant les conditions optimales pour limiter le stress et maintenir le BEA.

Impact sur les animaux

Les toxines injectées induisent une dégénérescence des voies cérébrales dopaninergiques et/ou cholinergiques, un déficit du contrôle moteur et/ou cognitif est donc attendu et étudié dans ce projet. Une perte de poids corporel peut aussi être observée chez certains animaux plus sévérement lésés. L'anesthésie subie lors de la chirurgie ou de l'imagerie en IRM pourrait être mal tolérée par certains animaux. Les évaluations comportementales n'induisent pas de perturbation en elles-mêmes. La restriction alimentaire associée au touchscreen pourrait être mal tolérée par certains animaux. La pose de canule intracérébrale et les injections de traitments pourraient être mal tolérées.

Devenir

Les animaux seront euthanasiés à la fin des évaluations en imagerie in vivo ou après l'evaluation des effets thérapeutiques sur ces variables

Remplacement

Il n’existe pas de méthode alternative à l’utilisation d’animaux pour étudier la physiopathologie de troubles cognitifs et comportementaux. Cependant pour limiter l’utilisation d’animaux, l'étude de la potentielle toxicité, des mécanismes d'action et l’efficacité des molécules thérapeutiques testées seront étudiés en parallèle sur un modèle cellulaire (Remplacement).

Réduction

Le nombre d’animaux a été calculé au minimum sur la base d'un test de puissance. L'analyse statistiques des données débutera par une étude de la normalité et de l'homogénéité des variances. Selon la distribution des valeurs, des tests paramétriques (ANOVA puis Test de Fisher pour la compariason 2 à 2) ou non paramètriques (Kruskal-Wallis et Wil-Coxon test pour la comparaison 2 à 2) seront utilisés. Les mêmes animaux seront réutilisés pour l'analyse comportementale et l'imagerie cérébrale à différents temps du processus pathologique, ainsi que pour les analyses histologiques post-mortem. Les animaux seront réutilisés pour différentes évaluations (Comportement et Imagerie) à différents temps du processus pathologique, ainsi que pour les analyses histologiques post-mortem.

Raffinement

Les rats seront hébergés dans des portoirs ou armoires ventilées sous un cycle de lumière 12h/12h selon la règlementation, avec nourriture et accès à l'eau ad libitum. Le raffinement est assuré par un hébergement collectif, de l’enrichissement dans les cages, des sessions d’acclimatation aux expériences, une manipulation expérimentée des animaux. L'unique transport entre les 2 EU après la procédure de chirurgie en A2 sera effectuée par un transporteur agréé pendant 15 minutes maximum, dans des conditions optimales pour limiter le stress et maintenir le BEA (cage de transport spécifique, climatisation du camion, respect cycle lumière, vibrations amorties). De plus, un suivi quotidien du bien-être des animaux sera effectué pour surveiller l'apparition éventuelle de souffrance ou de points limites pour lesquels des décisions adaptées seront prises. Un point limite a été déterminé selon les critères suivants : Le comportement général : -Difficulté de mobilité, isolement, perte partielle de réactions aux stimuli -Prostration, automutilation, tremblements - Vocalisations, agressivité Le poids : perte de poids importante (20%) L’apparence physique : pelage très terne ou souillé, plaie cutanée, hémorragie oculaire, génitale et/ou anale. Selon les critères observés et la cause identifiée, les animaux seront soit isolés et soignés, et/ou recevront un traitement analgésique (Buprénorphine, 0.05 mg/kg), ou seront euthanasiés par dose létale de pentobarbital dans une salle dédiée (Doléthal®, 182.2mg/kg) . La structure BEA ou le vétérinaire référent seront sollicités pour avis si besoin.

Choix des espèces

Parmi les petits rongeurs, le rat est l’espèce la mieux adaptée pour l’évaluation des troubles cognitifs et psycho-comportementaux. Par ailleurs, les modèles expérimentaux choisis ont été décrits chez le rat. Les rats utilisés auront 8-10 semaines. Cet âge a été choisi en raison de la référence utilisé pour l’ATLAS cérébral de rat et la précision de localisation des repères stéréotaxiques pour les injections cérébrales.

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.

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.

Soumis à un contrôle de l'eau pouvant durer des mois voire des années et à des chirurgies cérébrales allant jusqu'à huit heures, 6 macaques à longue queue vont être utilisés dans des procédures classées d'un niveau de souffrance modéré, tous tués à l'issue. Ils sont déplacés entre quatre établissements pour des séances d'imagerie sous anesthésie, puis maintenus en chaise de contention environ trois heures par jour, cinq jours par semaine. L'objectif est de comprendre les circuits cérébraux de l'apprentissage social chez deux singes en interaction. Le classement en souffrance modérée contraste avec la lourdeur du protocole et sa durée.

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.

3 456 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré, dont 1 728 recevront une injection directement dans le cerveau et 192 une double chirurgie. Elles sont soumises à un régime gras, à un gavage de tamoxifène et à un suivi en cage individuelle, puis tuées pour extraction du cerveau. L'étude porte sur les filets qui entourent certains neurones de la satiété et sur leur rôle dans l'obésité. Les retombées annoncées, de nouvelles stratégies contre l'obésité, sont renvoyées au long terme.

Objectifs

L’obésité touche aujourd’hui plus de 13 % de la population mondiale et augmente le risque de maladies graves comme le diabète ou les troubles cardiovasculaires. Pour mieux prévenir ou traiter cette maladie, il est essentiel de comprendre comment notre corps régule la faim et la sensation de satiété. Dans le cerveau, une zone appelée l’hypothalamus joue un rôle central. Elle contient des neurones spécifiques, appelés neurones POMC, qui envoient le signal de satiété (on n’a plus faim), et d'autres neurones qui provoquent l’envie de manger. Des recherches récentes montrent que les neurones POMC ne sont pas tous identiques. Certains réagissent moins bien aux signaux hormonaux et seraient plus sensibles à une alimentation trop riche en graisses, ce qui pourrait contribuer à l’installation de l’obésité. Par ailleurs, environ 30 % de ces neurones sont entourés d’une sorte de « filet » protecteur, appelé matrice extracellulaire ou filets périneuronaux (PNN). Ces structures influencent le fonctionnement des neurones et leur capacité à s’adapter. Chez les souris obèses, ces filets semblent profondément modifiés. Nous cherchons à comprendre comment les neurones POMC réagissent aux changements alimentaires (jeûne, réalimentation) et quel rôle joue leur environnement extracellulaire dans cette réponse. Nous allons : Observer ces neurones chez des souris en jeûne, après réalimentation, ou nourries avec un régime gras. Analyser l'activité des neurones et la composition de leur environnement avec des outils d’imagerie et d’électrophysiologie. Modifier directement la matrice autour des neurones pour voir si cela influence leur fonctionnement. Activer ou inhiber artificiellement ces neurones pour étudier l’effet combiné avec les changements de leur environnement. Nous pensons que les modifications de l’environnement des neurones POMC jouent un rôle important dans la dérégulation de la sensation de satiété en cas d’obésité. Mieux comprendre cette interaction entre neurones et matrice extracellulaire pourrait ouvrir la voie à de nouvelles stratégies pour lutter contre l’obésité.

Bénéfices attendus

À l’heure actuelle, l’Organisation Mondiale de la Santé estime à plus d’un milliard le nombre de personnes obèses dans le monde, faisant de l’obésité un enjeu majeur de santé publique. Malgré les efforts thérapeutiques, les traitements disponibles restent globalement peu efficaces à long terme, à l’exception de techniques invasives telles que la chirurgie bariatrique, dont les résultats ne sont pas systématiquement garantis. Il est donc essentiel de mieux comprendre les mécanismes biologiques sous-jacents à l’apparition et à la persistance de cette pathologie, afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Dans ce projet, nous étudions un élément encore peu connu du contrôle de la faim : la matrice extracellulaire, et en particulier les filets périneuronaux (PNN). Ces structures entourent certains neurones du cerveau, notamment les neurones POMC, qui nous aident à ressentir la satiété. Nous pensons que ces filets pourraient réduire la souplesse des neurones, en limitant leur capacité à s’adapter aux changements liés à l’alimentation, surtout en cas d’obésité. Cela pourrait empêcher le cerveau de bien réguler l’appétit lorsque l’environnement nutritionnel change. À court terme, nous voulons comprendre comment ces filets réagissent à une alimentation trop riche ou à des changements rapides de régime, et comment cela influence les neurones qui contrôlent la faim. À plus long terme, ce projet pourrait ouvrir la voie à de nouvelles stratégies pour aider le cerveau à retrouver sa flexibilité, et ainsi améliorer la régulation de l’appétit chez les personnes obèses.

Procédures

4 prélèvements sera effectués au total pour le suivi de la glycémie. Lors de l'habituation au "fasting" : 24 heures après le jeûne puis 1h30 après la réintroduction à la nourriture. Lors de la phase expérimentale : 24 heures après le jeûne puis 1h30 après la réintroduction à la nourriture. A chaque prélèvement, une goutte de sang sera récoltée, soit 50 µL environ. Cela concerne toutes les souris de toutes les procédures, soit 3456 souris. Des procédures chirurgicales sont prévues. 1728 souris auront une injection intra-cérébrale dans le noyau arqué de l'hypothalamus. 192 souris subiront une double chirurgie, soit une injection de virus permettant de contrôler une sous population de neurones, puis une injection d'enzyme permettant de dégrader la matrice extracellulaire.

Impact sur les animaux

Certaines souris de l’étude recevront une administration orale de tamoxifène, connu pour induire une perte temporaire de tissu adipeux, entraînant une perte de poids transitoire. Le gavage, bien qu’indolore, implique une contention totale, source probable de stress. Des douleurs post-opératoires modérées peuvent survenir à la suite des injections stéréotaxiques bilatérales de vecteurs viraux. Ces douleurs seront prises en charge par un traitement analgésique systématique. Lorsque deux interventions seront nécessaires, un délai suffisant sera respecté entre chaque chirurgie afin de maximiser la récupération. Certaines procédures expérimentales peuvent générer un stress transitoire ou des effets physiologiques réversibles (régime hypercalorique). Ces effets ont été anticipés, et des mesures seront mises en place pour en limiter l’impact (enrichissement augmenté). Le passage en cage individuelle, requis pour un suivi précis de la prise alimentaire, pourra induire un stress lié à l’isolement. Toutefois, les cages resteront proches afin de maintenir un contact visuel, auditif et olfactif entre congénères, réduisant les effets d’isolement social. L’analyse de la composition corporelle par EchoMRI nécessite une brève contention (moins de cinq minutes) dans un tube transparent. Ce stress aigu sera donc de faible intensité et de courte durée. L’administration prolongée d’un régime hypercalorique (HFD) entraînera une prise de poids progressive, ne dépassant pas 200 % du poids initial selon nos données antérieures. Un suivi rigoureux sera mis en place afin de prévenir toute dérive pathologique. Les protocoles de jeûne induiront une perte de poids modérée (inférieure à 10 % du poids initial), totalement réversible à la reprise de l’alimentation. Les chirurgies stéréotaxiques nécessaires aux injections intracérébrales provoqueront une douleur modérée liée à l’incision du scalp et du périoste. Un traitement analgésique sera systématiquement administré, avec une reprise attendue de l’activité normale et du poids en 2 à 3 jours. Enfin, certains tests comportementaux seront réalisés pour évaluer les effets fonctionnels des manipulations. Ils dureront moins d’une heure et nécessiteront une petite goutte de sang pour mesurer la glycémie avec précision.

Devenir

A la fin de chaque procédure, tous les animaux seront mis à mort, les cerveaux seront alors extraits et des analyses d'imagerie, d'électrophysiologie, ou de "Single Particle Tracking" pourront être effectués ex vivo (le cas échéant).

Remplacement

Le but de ce projet est d’étudier la relation entre l’activité des sous-populations de neurones à POMC et les modifications de leur environnement extracellulaire, en particulier les filets péri-neuronaux (PNN), en réponse à la consommation d’un régime obésogène. Dans ce contexte, les neurones étudiés ne fonctionnent pas de manière isolée : ils interagissent avec d’autres structures cérébrales mais également avec des signaux périphériques d’origine hormonale ou nutritionnelle. La matrice extracellulaire pourrait jouer un rôle clé dans cette interface en modulant la plasticité et la réactivité neuronale. Les effets que nous cherchons à comprendre sont donc le fruit d’interactions complexes entre réseaux neuronaux et signaux métaboliques périphériques. Une telle dynamique ne peut être reproduite in vitro, car elle nécessite un système intégratif capable de refléter fidèlement les adaptations comportementales, telles que la prise alimentaire. De même, aucun modèle informatique ne permettrait aujourd’hui de simuler avec une précision suffisante les interactions entre la matrice extracellulaire, l’activité neuronale, et les réponses métaboliques de l’organisme. Seul un modèle in vivo permet de capturer l’ensemble de ces processus.

Réduction

Pour l’analyse des résultats, nous comparerons les différents groupes expérimentaux utilisant des tests statistiques. Le nombre d’animaux que nous demandons est le nombre maximal dont nous estimons avoir besoin. Si nous nous rendons compte en cours de projet que ce nombre peut encore être réduit, il le sera bien évidemment.

Raffinement

Nous avons défini différents points de raffinement tout au long de l’étude : 1) Les animaux arriveront à l’âge de 6 semaines et seront habitués pendant au moins 2 semaines. Toutes les expériences seront réalisées par du personnel formé et entraîné. 2) L’enrichissement des cages sera ainsi : carrés de cellulose pour nidifier, de bâtonnets en bois pour ronger et de tunnels en carton, qui permettront aux souris de se cacher. Nous utiliserons ces tunnels pour transporter les souris, méthode de manipulation la moins stressante pour ces animaux. 3) Environnement sonore : Une radio est installée dans la pièce d’hébergement afin d’atténuer l'impact des bruits extérieurs qui pourraient se produire accidentellement. 4) Notre étude nécessite une chirurgie stéréotaxique, qui sera réalisée sous anesthésie générale. La prise en charge de la douleur est assurée par un protocole associant morphinique, anesthésique local et traitement anti-inflammatoire. Durant la chirurgie, dès l’induction, les souris seront maintenues sur tapis chauffant et leur réveil s’effectuera en couveuse, pour prévenir le risque d’hypothermie. Leurs yeux seront également protégés de la sécheresse oculaire par application d’un gel ophtalmique. Le risque de déshydratation post-opératoire est prévenu par injection sous-cutanée de solution saline stérile. Enfin, le traitement anti-inflammatoire se poursuivra dans les 2 jours suivant la chirurgie, avec un suivi renforcé des souris durant cette période pour s’assurer de leur récupération. 5) Certains animaux de cette DAP auront un suivi chronique de leur poids, leur prise alimentaire et leur composition corporelle ainsi que le suivi de la prise alimentaire suite à certaines procédures chirurgicales (enzyme dégradant la matrice ou virus permettant le désassemblage de la matrice) nécessitera que les animaux soient placés en cage individuelle. ¬6) Des points limites précoces et terminaux appropriés ont été́ définis : l'apparence, l'évolution du poids, le comportement, les signes cliniques (température et respiration) et l'aspect de la plaie (le cas échéant). Lorsqu’un point limite précoce est atteint, nous demanderons un avis vétérinaire afin d’envisager la mise en place de soins personnalisés compatibles avec le maintien de l’animal dans l’étude. En cas d’échec ou si un point limite terminal est atteint, l’animal sera retiré de l’étude et mis à mort, pour lui éviter toute souffrance que nous ne pourrions soulager.

Choix des espèces

La régulation du poids corporel, et du comportement alimentaire sont depuis longtemps étudiés chez la souris. La souris représente donc une espèce adaptée à ce type d’études. De plus, les lignées transgéniques dont nous avons besoin pour mener à bien ce projet ont été créées chez la souris. Enfin, la forte proximité́ biologique entre l’Homme et la souris en ce qui concerne le contrôle de la prise alimentaire fait de cette espèce un bon modèle prédictif. Toutes les souris de ce projet arriveront à l’âge de 6 semaines dans notre animalerie, mais nous ne débuterons les expériences qu’à partir de l’âge de 8 semaines, sur des souris adultes. Il est admis qu’à 8 semaines, la croissance des os est achevée, ce qui facilite les procédures impliquant une chirurgie stéréotaxique (car les points de repère anatomiques se situent sur le crâne). Les souris seront logées dans des cages collectives pour favoriser les interactions sociales. Afin de permettre le suivi individuel du poids et de la prise alimentaire, uniquement quand cela sera nécessaire, les souris seront placées en cage individuelle. Ces cages vont être rapprocher le plus possible pour permettre au mieux à l’animal d’avoir une interaction visuelle, auditive et olfactive.

Pour mettre au point des microscopes miniaturisés destinés à imager l'activité des neurones chez la souris éveillée, 640 souris vont être utilisées, réparties en 32 lots, toutes tuées à l'issue, dans des procédures d'un niveau de souffrance modéré. Chaque animal subit deux chirurgies intracrâniennes et une restriction alimentaire entraînant une perte de 5 à 10 % du poids, puis des séances d'enregistrement de deux à quatre heures. Le projet se présente comme un raffinement réduisant le stress de l'animal, puisqu'il évite de fixer la tête. Cet argument de moindre stress cohabite avec l'ouverture du crâne et l'implantation de dispositifs chez 640 souris.

Objectifs

Un objectif de longue date du domaine des neurosciences est d’élucider comment la perception, la formation de la mémoire et les comportements sont encodés dans le cerveau, à l’échelle des réseaux de neurones. Les méthodes optiques peuvent être très utiles pour atteindre cet objectif, car elles permettent d'enregistrer et de modifier l'activité des neurones dans des régions spécifiques du cerveau, avec une précision cellulaire et de manière répétée au fil des apprentissages. Aujourd’hui, une grande partie de ces expériences sont effectuées en fixant la tête de l’animal sous un microscope. Pourtant, il est fortement intéressant de s’affranchir de la contrainte de la fixation de la tête, de façon à limiter le stress éprouvé par l’animal, à se placer dans des conditions expérimentales les plus physiologiques possible, et à accéder à une palette très diversifiée de comportements. Néanmoins, effectuer des enregistrements optiques de l’activité neuronale chez le rongeur non contraint reste difficile aujourd’hui, en raison des contraintes importantes liées à la miniaturisation des dispositifs embarqués. L’objectif de ce projet est d’améliorer de façon significative les performances des techniques existantes. Deux systèmes seront ainsi développés : 1- Un microscope fibré permettant l’imagerie et la modulation de l’activité neuronale à l’échelle cellulaire avec une très grande précision temporelle, 10 fois supérieure à l’état de l’art. Ce microscope permettra notamment d’imager pour la première fois directement l’activité électrique des neurones individuels chez la souris non-contrainte. La cadence d’acquisition très élevée permettra en outre d’étudier des dynamiques neuronales avec une précision inégalée. 2- Un nouvel endoscope permettant d’accéder à des régions profondes du cerveau de souris non contraintes en réduisant fortement les dommages réalisés par rapport aux microscopes existants (volume de la sonde implantée 6 fois plus faible). Cela permettra un raffinement significatif des méthodes d’endoscopie.

Bénéfices attendus

Les méthodes optiques sont des outils très avantageux pour étudier comment différents mécanismes neuronaux (comportement, perception, mémoire…) sont encodés dans le cerveau, à l’échelle des réseaux de neurones. Néanmoins, la plupart des expériences sont effectuées chez des animaux dont la tête est fixée à un microscope, de façon à tirer partie de méthodes optiques très performantes. Ce projet permettra de développer des méthodes dont les performances sont comparables à celles de ces microscopes, tout en étant adaptées à des souris non-contraintes. Cela aura des bénéfices à la fois pour l’animal, dont le stress sera diminué, et aussi pour la pertinence scientifique des résultats, puisque l’animal sera placé dans de conditions expérimentales les plus physiologiques possible. De plus, cela permettra d’ouvrir l’éventail de comportements étudiés, et donc l’éventail des questions explorées. Enfin, l’une des méthodes développées permettra de diminuer significativement les dommages effectués dans le cerveau lors de l’imagerie de régions profondes. Cela engendrera ainsi un raffinement significatif des méthodes d’endoscopie disponibles pour la communauté des neuroscientifiques.

Procédures

Les animaux seront soumis à deux chirurgies intracrâniennes sous anesthésie générale et analgésie : une injection de vecteur viraux (durée de la chirurgie : environ 45 minutes) et de fixation de dispositif implantable (durée de la chirurgie : environ 1h30). Ensuite une partie des animaux (un quart environ) suivra un protocole d’apprentissage d’une tâche de navigation spatiale simple (durée : 30 min à 1h tous les jours pendant 5 à 10 jours), pour laquelle les animaux seront placés en légère restriction alimentaire permettant d’améliorer l’apprentissage. Ensuite, les animaux suivront des sessions d’enregistrement (au maximum 6 sessions au total, espacées de 1 à 7 jours) de durée environ 2-4h. Enfin, une euthanasie par une méthode règlementaire sous anesthésie et analgésie sera effectuée.

Impact sur les animaux

L’animal pourra ressentir un stress dû aux manipulations par les expérimentateurs, ainsi que durant l’induction de l’anesthésie générale, et lors de la fixation de la tête pour les expériences tête-fixée. Il pourra également ressentir de la douleur et un inconfort induit par la chirurgie (craniectomie et ouverture de la peau peuvent entrainer une douleur et les points de suture peuvent entrainer une démangeaison). Il y a de plus un risque d’hypothermie transitoire lors du réveil post-chirurgical. Il existe également un risque de désunion de cicatrice. L’animal pourra également ressentir de la faim, induite par la restriction alimentaire visant à une perte de masse de 5 à 10 pourcents et permettant une motivation à trouver la récompense alimentaire pendant la tache de comportement. Enfin, il existe un risque d’hémorragie et d’irritation / lésion locale lors des injections de marqueurs fluorescent.

Devenir

Tous les animaux seront donc euthanasiés par une méthode réglementaire pour prélèvement afin de répondre à une question scientifique.

Remplacement

Des études préalables in vitro (sur des échantillons non issus d’animaux) sont réalisées pour caractériser et optimiser les performances des microscopes en cours de développement et pour limiter grandement le nombre d’expérimentations in vivo. En particulier, pour caractériser l’endoscope qui permettra d’accéder à des régions très profondes du cerveau, nous avons mis au point un échantillon basé sur des billes fluorescentes qui reproduit le mieux possible le cerveau d’une souris in vivo. Chaque bille mime un neurone, et est éclairée avec un faisceau lumineux dont l’évolution de l’intensité au cours du temps est contrôlée de façon indépendante des faisceaux qui éclairent les autres billes. Ainsi, on peut reproduire des neurones actifs avec des motifs d’activités réalistes, tirés d’expériences publiées dans la littérature. De plus, les billes sont disposées sous une couche de milieu diffusant, dont les caractéristiques s’approchent de celles du cerveau. Nous pourrons également ajouter des mouvements de ces billes pour reproduire les mouvements du champ de vue enregistrés pendant une expérience in vivo (ces mouvements sont liés au fait que le cerveau bouge par rapport à la boite crânienne sur laquelle est fixée le microscope). Néanmoins, comme les méthodes optiques développées sont destinées à l’étude de souris in vivo, non contraintes, la validation et la caractérisation finale des microscopes doit obligatoirement se faire dans ces conditions finales d’utilisation.

Réduction

Comme indiqué ci-dessus, un maximum de tests seront réalisés in vitro sur des échantillons non issus d’animaux. Les tests in vivo ne démarreront que lorsque les performances des techniques seront optimales et satisfaisantes. S’il s’avère que certaines difficultés émergent dans les premières expériences in vivo liées à des caractéristiques qui n’avaient pas été mimées dans le modèle in vitro, nous raffinerons l’échantillon in vitro de manière à mimer encore mieux ces caractéristiques, puis nous effectuerons des expériences in vitro supplémentaires sur ces nouveaux échantillons. Dans ce projet, nous souhaitons valider en tout 32 conditions expérimentales différentes, correspondants aux 2 microscopes mis au point et à toutes leurs applications. Pour chacune de ces 32 conditions expérimentales, nous utiliserons un lot de 20 souris : - 10 souris permettant de mettre au point le protocole, en optimisant les paramètres critiques de notre expérience. Nous nous efforcerons de diminuer ce nombre de souris en développant des modèles prédictifs des résultats obtenus dans chaque nouveau protocole en fonction de l’ensemble des résultats obtenus jusque-là; - 5 souris permettant de valider le protocole optimisé, montrer la reproductibilité des résultats, et permettra la publication de la méthode (5 souris est le minimum requis pour une publication dans le domaine de l’instrumentation optique pour les neurosciences); - le taux de succès de ces deux chirurgies successives étant de 75 pourcents, chaque lot contiendra donc 20 souris. Ainsi, le nombre total de souris utilisées sera de 640 souris, réparties en 32 lots (chaque lot correspondant à une condition expérimentale) de 20 souris.

Raffinement

Les conditions d’hébergement sont conformes à la réglementation. La température et l'hygrométrie sont contrôlées et monitorées, le cycle jour nuit est automatique. Les animaux sont stabulés en portoirs ventilés avec un système d'abreuvement automatique et un accès ad libitum à l’eau et la nourriture. Les animaux sont hébergés avec leurs congénères. Un isolement temporaire des animaux sera limité au maximum et ne sera mis en œuvre que dans des cas très exceptionnels. Le milieu est enrichi (nidification, rongement). Une période d'acclimatation de 7 jours sera systématiquement pour les animaux provenant du fournisseur agrée défini ou pour les animaux provenant de notre animalerie centrale et transférés dans la pièce de stabulation. Toute chirurgie sera précédée d’une analgésie et anesthésie adéquat. Le maintien de la température est assuré. Un suivi post opératoire est effectué quotidiennement et toutes les mesures sont prises pour veiller au bien-être animal. Des points limites ont été défini et seront appliqués afin de garantir la minimisation de risque de souffrance des souris les atteignant. La mise en place systématique d’une période de manipulation préalable à l’expérimentation ainsi qu’une habituation progressive du dispositif expérimentale permet de réduire le stress de l’animal.

Choix des espèces

La souris est le modèle idéal pour les études auxquelles seront appliqués les microscopes développés, à savoir l’exploration des bases neuronales de la perception, de la formation de la mémoire et des comportements. En effet, il s’agit d’un mammifère, ayant donc des mécanismes cérébraux généralisables dans une grande mesure à l'homme. De plus, l’expression des outils optogénétiques dans ce modèle est bien caractérisée. Par ailleurs, la souris a une appétence certaine pour les tâches de navigation. Des animaux adultes seront utilisés, de façon à ce que la taille du cerveau et de la boite crânienne n’évolue plus ; de plus, c’est chez l’adulte que seront effectuées les études sur les bases neuronales de la perception, de la formation de la mémoire et des comportements. Leur âge sera supérieur ou égal à 7 semaines au moment de l’injection virale. Les animaux sont identifiés par poinçon auriculaire réalisé sous anesthésie générale, pendant l’injection stéréotaxique.