Système nerveux

Venus des États-Unis, dix macaques rhésus séparés de leur mère à la naissance et élevés en nursery, et dix élevés par leur mère, forment la cohorte que ce projet suit jusqu'à l'âge adulte. 21 macaques vont être utilisés dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, aucun ne devant être tué, tous étant réintroduits dans leur groupe social. Ils reçoivent une puce sous la peau de chaque avant-bras, sont capturés la veille de chaque IRM, transportés une heure et demie à l'aller comme au retour, puis anesthésiés et intubés pour trois sessions de scanner d'environ trois heures. Le porteur signale l'irritation de la trachée liée à l'intubation, l'accumulation d'agent de contraste dans le cerveau qui impose une injection de chélateur du fer, les conflits et blessures possibles au retour dans le groupe, et présente le suivi de cette cohorte déjà constituée comme un élément de réduction du nombre d'animaux non-humains utilisés.

Objectifs

Les effets de l'adversité sociale précoce ont un impact sur plusieurs domaines des fonctions sociales et cognitives, générant un certain nombre de déficits de régulation émotionnelle et d'attention qui peuvent perdurer tout au long de la vie de l'individu. Les troubles du développement humain, tels que l'anxiété et le trouble du déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité, comptent parmi les formes les plus répandues de troubles psychiatriques et sont connus pour avoir un impact extrêmement négatif sur la vie sociale. Ce projet à pour but de mieux comprendre ces pathologies, d'un point de vue mécanistique et comportemental afin de mieux les détecter et de les traiter. Le projet proposé utilisera un modèle de primate non humain pour mieux comprendre l'impact de l'adversité sociale précoce sur l'émergence de déficits sociaux et cognitifs, de la préadolescence à l'âge adulte. Pour ce faire nous allons profiter de l’existence d’un groupe de macaques rhésus unique sur le territoire français composé d’individus avec des histoires de vie très différentes. Ce groupe en provenance des USA est composé de 10 individus élevés avec leur mère et de 10 individus séparés de leur mère à la naissance et élevés en nursery avec d’autres bébés macaques. Le premier objectif du projet est de mieux comprendre comment la privation sociale précoce module le comportement dans trois dimensions principales de la cognition sociale : les fonctions de régulation émotionnelle, la perception sociale et l'attention. Afin de répondre a cet objectif nous utiliserons des tests comportementaux automatiques en accès libre (sans contrainte pour l’animal). Le deuxième objectif est de mieux comprendre comment l'altération des fonctions sociales associée à l'adversité précoce affecte l'activité des régions cérébrales impliquées dans le traitement sensoriel de la voix et des visages. Le troisième objectif est de mieux comprendre comment deux neurotransmetteurs naturellement présents dans le cerveau interviennent dans les déficits sociaux et d'attention associés à l'adversité précoce. Afin de répondre à ces deux derniers objectifs, l’activité cérébrale des macaques sera étudiée grâce à la réalisation des IRMs, une technique non invasive utilisé aussi chez l’humain. Le projet se déroulera dans deux établissements utilisateurs désignés EU1/2 et EU2/2.

Bénéfices attendus

Les effets de l'adversité sociale précoce chez l’humain ont un impact sur plusieurs domaines des fonctions sociales et cognitives, générant un certain nombre de déficits de régulation émotionnelle et d'attention qui peuvent perdurer tout au long de la vie de l'individu. Les troubles du développement, tels que l'anxiété et le trouble du déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité, comptent parmi les formes les plus répandues de troubles psychiatriques et sont connus pour avoir un impact extrêmement négatif sur la vie sociale. Ce projet à pour but de mieux comprendre ces pathologies, d'un point de vue mécanistique et comportemental afin de mieux les détecter et de les traiter. Spécifiquement, nous prédisons des différences entre les individus exposés à une adversité précoce et les individus élevés avec leur mère au sein de leur groupe social, en ce qui concerne (i) leur performance à des tâches comportementales de type social impliquant des stimuli affectifs (vocalisations, visages) et (ii) dans les réponses cérébrales à des modulations sensorielles impliquant des stimuli sociaux (vocalisations, visages) ou des modulations neuropharmacologiques. Nous testerons l’impact de l’ocytocine, neuromodulateur impliqué dans les comportements sociaux, ainsi que l’impact de la noradrénaline, neuromodulateur impliqué dans le contrôle de l’attention et de l’impulsivité. Ces résultats permettront de mieux comprendre comment l’adversité sociale précoce affecte l’émergence de déficits sociaux et cognitifs à l’âge adulte, avec des applications potentielles pour la détection et le traitement de ces déficits chez l’humain.

Procédures

Pose d’une puce RFID en position sous-cutanée dans chaque avant bras : celle-ci se réalise dans l’EU2/2 lors du contrôle sanitaire des animaux qui dure en moyenne 20 minutes, la pose de puces en elle-même ne dure pas plus de 10 minutes. La capture des animaux se réalise la veille de l’IRM à l’EU2/2 et dure en moyenne une heure (avec ou sans anesthésie). Le transport des animaux jusqu’au centre IRM de l’EU1/2 se décompose en deux trajets (aller et retour) d’une heure et demie chacun. Chacune des trois sessions de scanning à l’EU1/2 dure environ 3 heures incluant la sédation et l’anesthésie de l’animal, son positionnement dans le scanner, l’acquisition des séquences anatomiques et fonctionnelles, puis sa sortie et son réveil. Les sorties, absences et réintroductions auront un impact sur le ou les groupes et sur les individus de ces groupes pouvant engendrer des conflits avec blessures pendant l'absence de certains animaux et aux retours d'autres.

Impact sur les animaux

1) Pose des puces RFID : Stress lié à la capture pouvant nécessiter (rarement) une télé-anesthésie; mise à jeûn 12h avant l’anesthésie ; douleur liée à la piqûre pour l’anesthésie. 2) Transport à l’EU1/2: Stress lié à la capture pouvant nécessiter (rarement) une télé-anesthésie si la méthode standard (cage au bout du tunnel) ne fonctionne pas ; stress lié au transport. 3) Scans IRMf : Stress lié à la capture en cage de contention dans un environnement peu familier; douleur liée à la piqûre pour l’anesthésie; irritation de la trachée liée à l’intubation pour l’anesthésie gazeuse; accumulation d’agent de contraste dans les tissus cérébraux nécessitant une injection d’un chélateur du fer après la 3e session. 4) Hébergement à l’EU1/2: stress lié à la séparation du groupe social pendant une semaine, affectant potentiellement les groupes de manière répétée; stress lié à l’hébergement dans un environnement non familier; stress et blessures potentielles liées à la réintroduction dans le groupe social à l’EU2/2.

Devenir

Le projet ne prévoit la mort d'aucun individu, ils seront tous réintroduits dans leur groupe social.

Remplacement

La recherche scientifique actuelle montre que l’adversité sociale a des effets complexes sur le développement physiologique et cognitif, touchant le système immunitaire, la croissance, le métabolisme et des fonctions allant de la perception sensorielle à des capacités plus élaborées comme la socialisation et la régulation émotionnelle. Cependant, ces impacts ne peuvent être reproduits ni sur des modèles biologiques in vitro, ni sur des modèles computationnels in silico, nécessitant des études sur des organismes en interaction sociale. Ainsi, le recours à l’animal est essentiel. Pour modéliser les effets de l’adversité sociale en lien avec les comportements et les mécanismes cérébraux, les primates constituent des modèles privilégiés. Bien que diverses espèces sociales soient étudiées, seules les espèces partageant des structures cérébrales et des fonctions cognitives comparables à celles des humains offrent une pertinence suffisante. Parmi les primates, les macaques se distinguent par leurs comportements sociaux sophistiqués (hiérarchie, reconnaissance, coopération) et leurs similarités cérébrales avec l’humain, notamment au niveau du cortex préfrontal et de l’amygdale. Ces caractéristiques les rendent particulièrement adaptés à l’étude des effets de l’adversité sociale sur le cerveau et le comportement. Enfin, les études sur l’humain sont limitées par l’impossibilité de contrôler précisément les environnements précoces et leurs évolutions. L’expérimentation chez les macaques permet un contrôle rigoureux des conditions de vie, rendant les résultats plus fiables et transférables à l’humain. Ce projet s’appuie sur un groupe unique de macaques rhésus, dont une moitié a été séparée de leur mère à la naissance, offrant une opportunité unique pour explorer les liens entre adversité sociale, cerveau et comportement.

Réduction

Nous souhaitons profiter de la totalité de ce groupe de macaques unique composéde 10 individus contrôles et 10 individus avec adversité précoce. Ce nombre procurera la puissance statistique nécessaire pour détecter des différences même subtiles entre les deux groupes comme indiqué par des travaux publiés ayant comparé ces deux groupes plus jeunes. La taille de 20 individus correspond à la taille standard de groupes humains étudiés en IRMf et permettant des analyses avec les sujets en variable aléatoire (test T de Student) pouvant être généralisées au-delà de l’échantillon . Des analyses similaires réalisées lorsque ces mêmes animaux étaient plus jeunes ont permis d’observer de claires distinctions fonctionnelles sur des réseaux spécifiques. Les animaux correspondent à une cohorte suivie depuis le plus jeune âge. Le fait de suivre cette cohorte longitudinalement permet d'adresser les effets de l'adversité précoce chez les jeunes puis les adultes sans recours à de nouveaux animaux et correspond à un élément de réduction. Nous utiliserons un seul singe supplémentaire, non relié au groupe de 20 animaux, pour la mise au point du protocole d'IRM.

Raffinement

Les animaleries des deux EU font l’objet d’un planning d’enrichissements soit structurels (divers perchoirs, balançoires...), périodiques (jeux de manipulations proposés selon un rythme hebdomadaire) ou alimentaires (graines dans la litière pour fourragement, glaçons surprises, friandises...). La pose des puces de radio-identification se fera lors du contrôle vétérinaire annuel, afin de limiter les interventions. Pour la capture pour le transport à l’EU1/2 nous amènerons le singe à se rendre volontairement dans une boite de transport accolée au tunnel de son hébergement dans laquelle il sera transféré puis dans une zone d’isolement temporaire en attendant son transport. En cas d’échec de cette méthode, il sera capturé par anesthésie par fléchage. Le fait de grouper les trois sessions d’acquisition sur une semaine consécutive permettra de n’effectuer qu’une seule capture, transport et réintroduction par animal au lieu de trois. Transport : les animaux seront placés dans des cages de transport adaptées et maintenus dans le noir (effet calmant) par un cache inox positionné sur la cage. Le compartiment du véhicule agréé est chauffé lors du transport. Séparation : Les individus ne seront séparés que temporairement (une semaine) de leur groupe social le temps du protocole d’anesthésie et d’acquisition IRM. Après la session IRM à l’EU1/2, au retour à l’EU2/2 les sujets sont surveillés en infirmerie puis réintégrés à leur groupe social le matin suivant. Les réintroductions sont faites selon les procédures validées par le responsable du BEA. Elles sont toutes supervisées par le responsable BEA et réalisées et suivies par l'assistante spécialisée. Sessions IRM au sein de l’EU1/2 : L’injection d’un agent de contraste permet d’augmenter le rapport signal/bruit et donc de diminuer le nombre de scans nécessaires par individu. Si un problème survient lors de l’anesthésie pendant l’IRM (par exemple arythmie, problème respiratoire, hypoxie, arrêt cardiaque, hypothermie etc.), alors le scan est stoppé immédiatement et l’animal est réveillé et surveillé. Les sessions de scans seront séparées par au moins une journée sans scanning permettant aux animaux une journée complète avec alimentation et hydratation normale avant la mise à jeun et anesthésie suivante. Les procédures ne prévoient pas d’infliger une douleur qui nécessiterait une analgésie; cependant des points limites adaptés ont été mis en place en cas de problèmes.

Choix des espèces

Les effets de l’adversité sociale sur le développement physiologique et cognitif touchent le système immunitaire, la croissance, le métabolisme, ainsi que des fonctions comme la socialisation et la régulation émotionnelle. Étudier ces impacts nécessite des organismes en interaction sociale, rendant l’expérimentation animale indispensable. Les macaques, par leur proximité cognitive et cérébrale avec l’humain, sont des modèles idéaux pour explorer ces effets. Leurs comportements sociaux complexes et leurs structures cérébrales, notamment au niveau du cortex préfrontal et de l’amygdale, permettent d’étudier des mécanismes comparables à ceux des humains. En raison des limites des études humaines, l’expérimentation chez les macaques, avec un contrôle strict des conditions de vie, offre des résultats fiables et transposables. Ce projet s’appuie sur un groupe unique de macaques rhésus pour approfondir ces liens: ce groupe en provenance des USA est composé de 10 individus élevés avec leur mère et de 10 individus séparés de leur mère à la naissance et élevés en nursery avec d’autres bébés macaques. Le groupe principal est constitué d'adultes ayant soit subi une adversité précoce dans l'enfance ou non. La phase d'étude des animaux est justifiée par les objectifs du projet, à savoir l'étude de l'impact des conditions sociales de développement sur le comportement et l'activité cérébrale à l'âge adulte.

Trois heures de chirurgie pour poser des électrodes crâniennes, puis six semaines d'isolement dont trois passées seule dans un baril de plexiglas : 80 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, toutes tuées à l'issue pour prélever leur cerveau. L'objet du projet est d'établir si le dysfonctionnement d'un groupe de neurones de l'hypothalamus explique les troubles du sommeil qui accompagnent le diabète. Le porteur reconnaît que cet isolement peut induire un stress, qu'il qualifie de léger et rapidement estompé, et met en avant les contacts visuels et olfactifs conservés entre quatre barils voisins. Il écarte la mouche et le poisson zèbre, dépourvus de sommeil paradoxal, et juge que les organoïdes, les cultures sur puces et l'intelligence artificielle "ne constituent pas encore d'alternatives crédibles".

Objectifs

Le diabète est fréquemment associé à des troubles du sommeil (fragmentation, cauchemars, apnées, fatigue diurne) et de la température corporelle (sueur, hypothermie). Notre équipe a récemment observé chez la souris qu’un gène contrôlant la fabrication de l’insuline par le pancréas jouerait également un rôle dans une région du cerveau impliquée dans des fonctions vitales comme le sommeil et la thermorégulation. Conduit chez la souris, ce projet expérimental vise donc à (1) caractériser anatomiquement et fonctionnellement les neurones de cette région du cerveau ; (2) étudier leur lien avec le glucose ; et (3) établir dans quelle mesure leur disfonctionnement pourrait être responsable des troubles du sommeil liés au diabète. Seul le troisième axe de ce projet plus large fait l’objet de cette présente DAP.

Bénéfices attendus

Ce projet vise à renforcer nos connaissances sur le sommeil physiologique mais aussi pathologique accompagnant le diabète et des troubles de la température corporelle. Nos travaux et ceux de nos collaborateurs apporteront un éclairage nouveau sur le lien entre le diabète et certaines de ses comorbidités dans le système nerveux central. Ces connaissances fondamentales sont susceptibles d'ouvrir sur le long terme des pistes thérapeutiques pour le traitement des troubles du sommeil chez les patients diabétiques.

Procédures

Les animaux seront soumis à une intervention chirurgicale (3h) sous anesthésie et analgésie générales requises pour la pose des électrodes permettant d’enregistrer le sommeil. A l’issue de la chirurgie, les souris seront placées à l’isolement partiel pendant 6 semaines dont 3 en cage double avec séparateur pendant la récupération post-opératoire et 3 en baril individuel pendant les enregistrements. Ce baril sera placé dans une enceinte contenant 3 autres barils. Quelques interactions sociales sont ainsi maintenues sans contact tout au long de la procédure.

Impact sur les animaux

La procédure est classée de sévérité modérée. Les lignées de souris transgéniques mises en œuvre dans ce projet sont normales et viables. L’anesthésie chirurgicale entraîne une légère baisse de la température corporelle rapidement compensée par l’utilisation d’une couverture chauffante. Chirurgie : possible douleur au réveil, contrôlée par des médicaments appropriés. Récupération post-opératoire en quelques heures en cage double avec grillage facilitant des interactions sociales sans contact. Lors de l’enregistrement du sommeil, chaque souris sera hébergée dans un baril individuel placé dans un caisson contenant 3 autres barils, facilitant ainsi quelques interactions sociales. Cet isolement peut induit un léger stress qui s’estompe rapidement au cours de la période d’habituation à ce nouvel environnement. Les expérimentations induisent une perturbation réversible transitoire du rythme veille-sommeil (3h) qui fait l’objet de la présente étude.

Devenir

Toutes les souris pour ce projet de recherche seront mises à mort à la fin de la procédure pour le prélèvement des cerveaux.

Remplacement

Il est impossible d’étudier une fonction vitale comme le sommeil hors d’un organisme vivant. Aussi, les modèles animaux demeurent essentiels pour reproduire, comprendre et modéliser des mécanismes neurobiologiques complexes. La souris est particulièrement bien adaptée aux études neurophysiologiques (faible prise de poids et de volume corporel avec l’âge, lignées génétiquement modifiées). Par ailleurs, ses mécanismes nerveux du cycle veille-sommeil sont communs à tous les mammifères, incluant l’homme. Des animaux moins évolués comme la mouche ou le poisson zèbre sont parfois utilisés (activité/inactivité) mais ils ne possèdent pas de sommeil paradoxal et leur cerveau ne présente pas la même complexité anatomique et fonctionnelle. D’autres méthodes prometteuses se développent comme la modélisation et l’intelligence artificielle, les cultures cellulaires sur puces ou les organoïdes mais elles ne constituent pas encore d’alternatives crédibles et pertinentes aborder des processus aussi complexes que le sommeil et comprendre des pathologies qui l’affectent comme le diabète, les apnées du sommeil ou la narcolepsie.

Réduction

Notre estimation porte sur un besoin de 80 souris réparties en 8 lots expérimentaux. Les expériences proposées ont été conçues pour minimiser le nombre d'animaux tout en maximisant les effets statistiques. La taille de chaque lot expérimental a été calculée et optimisée sur la base de nos études chez la souris publiées récemment. Ces calculs prennent en compte les « erreurs et échecs » aux différentes étapes de la procédure expérimentale, la variabilité́ interindividuelle des paramètres physiologiques considérés, la dégradation des conditions d’enregistrement du sommeil au cours du temps pouvant rendre les interprétations fonctionnelles aléatoires, mais aussi la nécessité́ de ne pas compromettre la reproductibilité́ et la significativité́ des données obtenues (utilisation systématique de tests statistiques adaptés aux petits échantillons).

Raffinement

Les animaux seront suivis quotidiennement dès la phase post-opératoire pour optimiser leur récupération (médicaments adaptés si nécessaire, suivis du poids, de la mobilité et du comportement). Notre préoccupation est de détecter rapidement si certains paramètres physiologiques et comportementaux se dégradent pendant la procédure, constituant des points limites avec mise à mort pour prévenir une quelconque souffrance. Pour la durée de la procédure, chaque animal est hébergé dans un baril individuel en plexiglas transparent. Quatre barils sont placés dans le caisson d’enregistrement pour que les animaux gardent des contacts visuels, auditifs, olfactifs, limitant les effets possiblement angoissants liés à l’isolement social. Des enrichissements conventionnels (roue, coton, bâtonnet de bois, lanière de carton) sont fournis pour la fabrication du nid et réduire l’anxiété générée par cet isolement social. Les souris sont habituées à ingérer volontairement, sans intervention de l’expérimentateur, le principe actif à la dose de travail pour éviter le stress intense provoqué par leur manipulation lors d’une injection par piqure, avec des effets physiologiques confondants évidents sur le sommeil.

Choix des espèces

Les souris génétiquement modifiées ouvrent d’immenses possibilités de recherche scientifique sur des mécanismes nerveux complexes. Il est ainsi possible de corréler l’action d’un gène avec à une fonction vitale comme le sommeil. La compréhension de ces mécanismes à l’échelle cellulaire et moléculaire passe par des techniques encore impossibles chez l’homme mais applicables chez la souris. Des animaux plus simples que la souris sont parfois utilisés (mouches, poissons rouges etc) mais ils ne sont pas pertinents pour comprendre le sommeil et ses fonctions chez l’homme. Des souris jeunes adultes (3-5 mois) seront utilisées car leur sommeil est mature et consolidé à cet âge-là.

1 600 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré, chacune pouvant recevoir jusqu'à quinze injections, subir vingt-huit jours consécutifs de contention et d'administration hormonale par pousse-seringue, puis passer sept jours seule en cage métabolique. S'y ajoutent, selon les groupes, une injection bilatérale dans le crâne de vingt-cinq minutes, la pose de canules ou de pompes osmotiques sous la peau, trois mois de régime obésogène et un jeûne de six heures. Toutes sont tuées à l'issue, la moitié pour prélever cerveau, foie et tissus adipeux, l'autre moitié lors d'une chirurgie menée sous anesthésie sans réveil. Le bénéfice annoncé, de nouvelles stratégies contre l'obésité, l'anorexie et le déclin métabolique lié à l'âge, tient en une phrase au conditionnel, et l'effectif n'est justifié que par la mention d'un "nombre minimum d'animaux le plus réduit possible".

Objectifs

Comme chez les humains, les souris possèdent des récepteurs et des hormones similaires que l'on peut étudier pour mieux comprendre les mécanismes de régulation du métabolisme. L'objectif de cette étude est de comprendre comment les hormones régulent le métabolisme en agissant sur le cerveau chez les souris : - Nous nous intéresserons dans une première partie à ces mécanismes de régulation du métabolisme dans le cadre d'un régime alimentaire conduisant à l'obésité. - La seconde partie s'intéressera aux effets du vieillissement sur ces mécanismes de régulation. Il est bien établi que le vieillissement est associé au déclin du métabolisme mais aussi des taux sanguins des hormones : notre objectif est de savoir si un lien existe entre ces deux déclins dans la dérégulation du métabolisme chez le sujet âgé.

Bénéfices attendus

Ce projet pourrait permettre de conduire au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques contre l'obésité et/ou l'anorexie mais aussi pour ralentir et limiter le déclin du métabolisme associé au vieillissement.

Procédures

- Injections intrapéritonéales (5 max par souris ; durée

Impact sur les animaux

Les différentes injections sous cutanées ou intrapéritonéales peuvent induire un stress et une douleur légère de courtes durées. Lors de l’intervention chirurgicale (10 ou 25 minutes par souris), l’anesthésie conduit à des modifications physiologiques transitoires de l’animal. La perforation et l’ouverture du plan cutané entrainera une nuisance directe de cet acte le temps de la cicatrisation des tissus osseux et cutanés d’une durée de plusieurs jours. Suite à la chirurgie, les plaies chirurgicales peuvent présenter des signes d'infections ou d'inflammation. La pose de pompes osmotiques et de canules d'administrations locales peut entrainer une gêne légère et nécessitera un temps d'adaptation pour les souris. Pour les administrations locales, la contention de l'animal peut générer également un stress transitoire. Lors de l’étude du comportement alimentaire et pour la mesure des paramètres métaboliques, les animaux sont isolés dans leur cage métabolique (nouvel environnement pendant 7 jours) pour recueillir les données individuelles. Cet isolement est incontournable et peut générer un stress léger transitoire. Le jeûne de 6h sera réalisé pendant la période d’activité des animaux (période nocturne) et peut générer des troubles relationnels (agressivité modérée). Suite au jeûne, l’incision du bout de la queue pour les prélèvements de sang pour les tests de la glycémie peut éventuellement générer un stress très furtif.

Devenir

Les animaux seront mis à mort à la fin de chaque procédure. Une moitié d’entre eux sera utilisée pour la collecte de structures cérébrales et d’organes périphériques (foie, tissus adipeux...) pour des études de biologie moléculaire. La seconde moitié fera l’objet d'une chirurgie sans réveil sous anesthésie (études histologiques).

Remplacement

Une veille bibliographique a été réalisée pour ce contexte scientifique. A ce jour, il n’existe pas dans la littérature de modèle de remplacement pour étudier le comportement alimentaire animal. Pour réaliser les tests de comportement alimentaire et mesurer le métabolisme énergétique, nous devons utiliser des animaux vivants.

Réduction

L’étude sera arrêtée si les expérimentations initiales invalident l’hypothèse de travail. Les expériences sont réalisées avec le nombre minimum d'animaux le plus réduit possible. Des prélèvements auront lieu pour des analyses histologiques, de biologie cellulaire et moléculaire afin d’extraire le maximum de données de chaque expérimentation.

Raffinement

Les chirurgies seront réalisées sous anesthésie générale profonde pour éviter toute douleur et des antalgiques sont prévus en pré et post-opératoire. Pour assurer le bien-être des souris, elles seront regroupées et placées en cages dans un milieu enrichi pour réaliser une nidification à façonner (matière fibres végétales). Les souris seront sous surveillance journalière et des points limites ont été établis, entrainant la mise à mort anticipée de l’animal si nécessaire.

Choix des espèces

Les gènes des récepteurs hormonaux sont exprimés aussi bien dans le cerveau de l'homme que dans celui de la souris. La souris présente l’avantage de faciliter en termes d’élevage et de reproduction. De plus, de nombreux outils d’analyses ont été développés et bien caractérisés dans cette espèce animale. Des souris jeunes adultes (3-7 mois) ou âgées (16-19 mois) seront utilisées. Ces deux niveaux d’âges nous permettent ainsi d’évaluer l’effet du vieillissement sur les processus de régulation du comportement alimentaire et du métabolisme énergétique.

Opérés du cerveau sous anesthésie générale pendant une heure à une heure trente, 350 rats enchaînent ensuite jusqu'à douze semaines d'entraînement, cinq jours sur sept, sous restriction alimentaire maintenue à 90 ou 95 % de leur poids de forme pour garantir leur motivation à obtenir une récompense. Tous sont tués à l'issue pour analyse des cerveaux, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Le porteur annonce que cette étude servira surtout de pilote afin de cibler les régions cérébrales visées lors de "procédures plus lourdes et invasives" prévues ensuite. La tâche imposée aux rats n'est jamais décrite, désignée seulement comme un changement de règle spatiotemporelle et une tâche comportementale que le porteur juge non stressante en soi.

Objectifs

L’objectif général du projet est de déterminer les réseaux neuronaux mis en jeu lors d’une adaptation comportementale suite à des changements de règles spatiotemporelles. L’objectif premier est d’évaluer, par imagerie moléculaire, l’implication d’un réseau entre deux zones du cortex. Cette étude nous apportera des informations importantes et nouvelles sur le rôle de ces régions cérébrales dans la flexibilité comportementale, mais elle servira également de pilote pour pouvoir cibler précisément les régions cérébrales impliquées lors de procédures plus lourdes et invasives qui auront lieu dans une prochaine étude.

Bénéfices attendus

Ce projet apportera une information précieuse sur les réseaux neuronaux impliqués dans la flexibilité comportementale. Outre son intérêt en recherche fondamentale, ce projet devrait fournir des indications précieuses en recherche translationnelle dans la mesure où des dysfonctionnements préfrontaux et de flexibilité cognitive ont été décrits dans plusieurs maladies du cerveau (ex : Schizophrénie, addictions).

Procédures

Dans ce projet, tous les rats subiront une intervention chirurgicale sous anesthésie générale (durée ~1h-1h30) pour une injection dans le cerveau et un entraînement comportemental, qui nécessite un apport de nourriture contrôlé pour une durée maximale de 12 semaines, à raison d'une séance d'au maximum 1h, à un rythme d'au minimum 5 jours sur 7.

Impact sur les animaux

La tâche comportementale n’est pas stressante en soi, mais nécessite que l’animal ait une certaine motivation pour explorer l’environnement et chercher le renforcement positif (récompense). Pour être au plus près du comportement naturel et favoriser la motivation, nous procéderons à une alimentation contrôlée, en donnant la nourriture immédiatement après la séance comportementale en quantité suffisante (90-95% de la ration normale), de façon à ce qu’il n’y ait pas de reste de nourriture le lendemain, mais que l’animal ait une légère sensation de faim garantissant la motivation des animaux à obtenir une récompense alimentaire. Le poids de l’animal est vérifié régulièrement et ne doit pas descendre en-dessous de 90-95% de son poids de forme théorique pour plus de deux jours consécutifs. Cette restriction temporaire est en partie compensée par la nourriture obtenue au cours de la tâche comportementale et impacte très peu leur bien-être. Un autre point de vigilance concerne la chirurgie. La chirurgie d’injection cérébrale de composés est faite sous antalgique et anesthésie générale, mais présente un risque de diminution du bien-être animal dans les moments/jours qui suivent la chirurgie (inconfort, fatigue et parfois douleur).

Devenir

Tous les animaux seront mis à mort à la fin de la procédure (pour analyse des cerveaux).

Remplacement

Ce projet de recherche fondamentale s’inscrit dans le champ des Neurosciences comportementales. En effet, l’évaluation comportementale et neurobiologique en réponse à un changement de règle spatiotemporelle nécessite l’utilisation d’organismes entiers et vivants. L'utilisation d'animaux dans ce projet est nécessaire car nous ne pouvons pas mener ces expériences sur des sujets humains. De plus, les espèces d'invertébrés n'ont pas la capacité pour les comportements décisionnels étudiés dans ce projet et, à l'heure actuelle, ces comportements n'ont été démontrés que chez les mammifères et les corvidés. De même, l’approche neurocomputationelle faisant appel à la modélisation est utile, mais complémentaire des approches invasives in vivo permettant de vérifier la véracité des modèles prédictifs. Dans ce contexte il demeure nécessaire d’avoir recours à l’expérimentation animale.

Réduction

Le nombre d’animaux utilisés sera minimisé autant que possible grâce à l’étude de plusieurs paramètres chez le même animal. Nous avons calculé le nombre de rats minimal par groupe pour obtenir des résultats significatifs et exploitables, en tenant compte de la perte de certains animaux (comportement temporel instable, perte à la chirurgie, mauvaise incorporation du traceur). Pour l’ensemble des données, une analyse statistique classique dans le domaine sera utilisée.

Raffinement

Après quelques jours d’acclimatation à leur arrivée dans l’animalerie, les rats sont manipulés et pesés au moins 2-3 jours avant la chirurgie, afin de les habituer à l’expérimentateur. Pour la procédure chirurgicale initiale, des protocoles appropriés d’analgésie et d’anesthésie seront appliqués. Le suivi postopératoire sera effectué quotidiennement par l’expérimentateur ou les zootechniciens pour s’assurer de la récupération complète des rats. Des points limites associés à des actions sont identifiés pour le cas où les mesures de prises en charge de la douleur et de l’inconfort pouvant résulter de l’étape chirurgicale ne seraient pas suffisantes, selon une grille de score et de suivi post-opératoire. Concernant la perfusion intracardiaque, nous utilisons une overdose d’euthanasiant et vérifions que les réflexes sont abolis avant de procéder à l’incision de la cage thoracique. En pilote, nous tentons une technique de raffinement (ajout d’un anesthésiant à l’euthanasiant, qui peut être douloureux au point d’injection) et vérifierons qu’elle ne compromet pas les résultats immunohistochimiques. Cette méthode pourra ensuite être généralisée. En pilote également, dans l'optique d'une future DAP avec des procédures plus invasives, nous évaluerons l'utilisation d'un équipement comportemental plus adapté pour des animaux porteurs d'implants cérébraux. Nous réduirons au maximum les techniques douloureuses ou stressantes. Chaque animal sera suivi tout au long de l’expérience afin de détecter tout indicateur de souffrance et déterminer si besoin l’arrêt de l’expérimentation en accord avec le SBEA et les conseils vétérinaires.

Choix des espèces

D’une façon générale, les rongeurs sont un bon modèle d’étude des circuits neuronaux des processus cognitifs. Les principes fonctionnels à l’œuvre dans ces circuits sont en effet largement conservés le long du phylum. De plus, de nombreuses épreuves comportementales spécifiques permettent de modéliser chez le rongeur des aptitudes cognitives complexes. Les rats ont été sélectionnés pour ce projet car ils sont grégaires, intelligents et présentent de nombreuses capacités comportementales similaires aux sujets humains. De plus, la littérature sur l’apprentissage temporel, dont nos propres publications, est majoritairement basée sur des études chez le rat, fournissant une base de connaissances solide. Les analyses anatomiques et fonctionnelles dans ces expériences s'appuient sur une richesse de connaissances sur la structure anatomique et la neurochimie du rat. Par ailleurs, le rat est généralement considéré comme ayant des capacités cognitives plus évoluées que la souris et la taille supérieure du rat nous permet de réaliser des interventions plus spécifiques au niveau central. Ce modèle animal est donc le plus approprié à la fois pour les études comportementales et neurobiologiques. Nous utilisons pour ce projet de jeunes adultes âgés de trois mois environ au début des expériences, âge auquel les structures cérébrales sont matures.

Des souris reçoivent un traitement qui provoque des malformations vasculaires et des saignements dans le cerveau, puis une injection quotidienne pendant quatre mois, soit jusqu'à 81 injections par animal éveillé, auxquelles s'ajoutent douze séances d'imagerie d'une heure sous anesthésie. 450 souris vont être utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Le porteur qualifie ces administrations de source d'une "légère douleur" et l'imagerie hebdomadaire d'un "léger stress", tout en indiquant que les lésions cérébrales entraînent des complications à cinq mois, raison pour laquelle les souris sont utilisées avant quatre mois afin d'éviter la mortalité. Toutes sont tuées en fin de traitement pour prélever les tissus.

Objectifs

L’angiome caverneux est une malformation vasculaire localisée essentiellement dans le cerveau. Cette maladie affecte 1 individu sur 200. La forme héréditaire des angiomes caverneux est souvent liée à des mutations génétiques. Cette malformation se caractérise par des amas de vaisseaux sanguins dans le cerveau qui peuvent provoquer des saignements et des problèmes neurologiques. À ce jour, il n’existe aucun traitement médicamenteux pour les patients. L’unique option est la suppression de la lésion par neurochirurgie, qui peut se révéler impossible selon la localisation de la lésion, en raison d’un risque vital pour le patient. Il est donc urgent de trouver des traitements empêchant le grossissement des lésions existantes, voire même de les faire disparaître et ainsi diminuer le risque de saignement. L’objectif est de tester 3 médicaments qui ont été identifiés dans des études préliminaires afin évaluer leurs effets sur des lésions vasculaires qui sont sur le point de se former ou qui sont déjà établies dans nos modèles animaux qui présentent les caractéristiques de la pathologie humaine des angiomes caverneux.

Bénéfices attendus

Ce projet vise à tester des molécules candidates pour le traitement des angiomes caverneux. L'utilisation de modèles animaux porteurs de la maladie permettra d'évaluer l'efficacité de ces molécules dans un contexte proche de la pathologie humaine. Ces recherches pourraient ainsi représenter une avancée majeure dans la prise en charge des angiomes caverneux chez les patients.

Procédures

L’étude implique une injection quotidienne du traitement aux animaux éveillés, pendant maximum 4 mois. Les animaux vigiles (au maximum 372) recevront 81 injections (une injection par jour, moins de 10 secondes de manipulation) pour l’expérience la plus longue c’est-à-dire 4 mois. L’étude implique également une session hebdomadaire (maximum 12 sessions) d’imagerie non invasive d’une durée maximum d’une heure, réalisée sous anesthésie et analgésie adaptées. Pour vérification du génotypage, une biopsie à l’oreille sera effectuée sur 20 animaux répartis tout le long du projet.

Impact sur les animaux

Les animaux recevront un traitement afin d’induire les angiomes caverneux impliquant des saignements dans le cerveau. En parallèle, les animaux recevront un traitement expérimental administré quotidiennement, afin de tester l’efficacité de molécules candidates sur la progression de la maladie. Ces administrations peuvent induire une légère douleur. L'évolution des lésions et la réponse au traitement seront suivies par des imageries hebdomadaires qui peuvent engendrer un léger stress. La formation des lésions vasculaires dans le cerveau s’effectue de façon progressive sur 5 mois et peut induire une perte de poids.

Devenir

En fin de traitements, les animaux seront mis à mort afin d’effectuer les analyses sur des tissus récupérés.

Remplacement

Notre projet se fera dans la continuité d'études réalisées sur des cellules. Le projet portant sur l’étude de la réponse d’organe entier (cerveau), il nous est impossible de remplacer l’animal vivant par un modèle cellulaire ou de simulation informatique. En effet, un organe isolé, ne permettra pas d’évaluer l’efficacité des médicaments candidats pour le traitement des angiomes caverneux. Le passage au modèle animal est donc une étape indispensable afin d’observer les effets des composés administrés dans l'organisme. De plus, la souris possède toute la complexité du réseau vasculaire cérébral trouvé chez l’Homme.

Réduction

Le nombre d’animaux minimum pour mettre en évidence des différences statistiquement significatives a été calculé en se basant sur les études précédentes menées au laboratoire. Pour évaluer les effets des traitements, le nombre d’animaux tient compte des risques d’exclusion d’un animal lors de la réalisation des expériences. De plus, le nombre d’animaux pourra être réduit en fonction des résultats d’imagerie. Le nombre d’animaux nécessaires à nos travaux a été réduit au minimum sans compromettre l’interprétation statistique de nos résultats.

Raffinement

Pour réduire les nuisances attendues, l’ensemble des expérimentations d’imagerie seront réalisées sous anesthésie et analgésique adaptées, les animaux seront maintenus en température et un suivi de la fréquence cardiaque et respiratoire sera effectué. Une échelle de cotation de douleur sera utilisée afin d’évaluer l’état général de chaque animal et de définir des points limites adaptés permettant ainsi de prendre le plus rapidement possible des mesures nécessaires pour préserver le bien-être animal. Ce n’est qu’à 5 mois que les lésions cérébrales entraînent des complications inhérentes à la pathologie. Nous utilisons les animaux avant 4 mois afin d’éviter cette mortalité et la souffrance des animaux.

Choix des espèces

Les animaux utilisés représentent le modèle le plus pertinent pour nos études, car il reproduit de manière fidèle les caractéristiques clés de la pathologie humaine des angiomes caverneux. Nous utilisons les souris dès leur naissance pour induire la maladie et, ainsi, pouvoir évaluer l’effet préventif ou curatif de différentes molécules sur les lésions qui sont sur le point de se former ou qui sont déjà établies.

Soixante embryons reçoivent une injection dans le cerveau via vingt-cinq femelles gestantes, et soixante-quinze souris adultes en subissent deux, espacées de onze semaines. 360 souris vont être utilisées, toutes tuées à l'issue pour prélever leur cerveau, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance modéré. Il s'agit de savoir si les neurones nés pendant la vie embryonnaire et ceux nés à l'âge adulte se branchent sur les mêmes réseaux du gyrus denté, les retombées sur la mémoire étant renvoyées au long terme. La seule nuisance annoncée tient en une ligne, la douleur liée à la chirurgie. Le porteur justifie le choix de la souris par le fait que ce projet fait suite à un autre projet mené chez la souris.

Objectifs

L'objectif de ce projet est de comprendre si les nouveaux neurones produits dans le cerveau, soit pendant le développement, soit à l'âge adulte, s'intègrent aux mêmes réseaux de communication. Nous nous concentrons sur une région du cerveau impliquée dans la mémoire, appelée le gyrus denté. Pour cela, nous allons étudier comment ces neurones se connectent : reçoivent-ils des messages des mêmes types de neurones ? Envoient-ils eux-mêmes des messages à des groupes de neurones similaires ou différents ?

Bénéfices attendus

Ce projet nous permettra de mieux comprendre le fonctionnement du gyrus denté et le rôle des différents neurones qui se forment à différentes étapes de la vie. À long terme, cela nous aidera à mieux cerner leur impact sur la mémoire, les émotions et d'autres fonctions essentielles du cerveau.

Procédures

Les animaux seront soumis à une injection cérébrale pendant la vie embryonnaire (25 min, 60 embryons provenant de 25 gestantes), à la naissance (5 min, 60 souriceaux provenant de 20 gestantes), à 3 semaines (30 min, 60 animaux) ou à 12 semaines de vie (30 min, 60 animaux). Les injections lors de la vie embryonnaire seront réalisées en utilisant des souris gestantes. D'autres animaux recevront deux injections cérébrales, la première à l'âge adulte et la seconde 11 semaines plus tard (75 animaux).

Impact sur les animaux

La nuisance majeure que pourrait subir les souris est la douleur associée à la chirugie.

Devenir

Tous les animaux injectés seront mis à mort car leurs cerveaux sont récupérés pour les analyses.

Remplacement

N'existant pas de modèle in vitro et in silico permettant de reproduire l'environnement complexe caractéristique du gyrus denté (multiples types cellulaires, architecture complexe, afférences variées..) et ce à différents moments de la vie, cette étude ne peut être réalisée que chez l'animal ex vivo ou in vivo.

Réduction

Nous prévoyons d’utiliser le nombre minimal de souris nécessaire pour obtenir des analyses statistiques fiables et cohérentes. Mâles et femelles seront utilisés.

Raffinement

Pour réduire toute souffrance liée à la chirurgie, les règles suivantes seront appliquées pour le bien-être des animaux: 1- Avant les chirurgies, un analgésique sera administré en sous-cutané, à titre préventif afin d’éviter la souffrance post-opératoire. 2- Les chirurgies se feront sous anesthésie générale. Un suivi post-opératoire sera assuré afin d'évaluer le bien-être de l'animal par la mesure du poids, l’évaluation de l’apparence et du comportement . Des points limites stricts et précis sont définis pour détecter précocément d'éventuelles souffrances des animaux. Si l'animal est en souffrance, un analgésique sera injecté. Un soin particulier sera également accordé à leurs conditions d’hébergement.

Choix des espèces

Le modèle utilisé dans ce projet est la souris car il fait suite à un autre projet réalisé chez la souris. Dans la structure cérébrale étudiée, les neurones sont générés de la vie embryonnaire à l'âge adulte. Nous ciblerons les cellules à l'origine de ces neurones et ce à différents moments de la vie de l'animal: 1) pendant la vie embryonnaire, 2) à la naissance (P0), 3) en période juvénile (P21) et à 4) l'âge adulte (P84). Ces temps précis d'analyse ont été choisi en fonction de la littérature et de nos études précédentes.