En révélant pour la première fois ce qui se passe dans le cerveau lorsqu'un animal fait une erreur, les chercheurs de l'Université Johns Hopkins mettent en lumière le Saint Graal des neurosciences: la mécanique de notre apprentissage.
L'équipe a identifié le moment exact que les souris ont appris une nouvelle compétence en observant l'activité des neurones individuels, confirmant des travaux antérieurs qui suggéraient que les animaux sont des apprenants rapides qui testent délibérément les limites des nouvelles connaissances.
Le travail financé par le gouvernement fédéral, qui bouleverse les hypothèses sur la vitesse de l'apprentissage et le rôle du cortex sensoriel, et qui, selon les chercheurs Nature.
« En regardant une petite partie du cerveau dans une souris, nous pouvons comprendre comment le cerveau apprend, et nous pouvons faire des prédictions sur le fonctionnement du cerveau humain », a déclaré Kishore Kuchibhotla, un neuroscientifique Johns Hopkins qui étudie l'apprentissage chez l'homme et les animaux. « Le domaine des neurosciences a fait de grands progrès en décodant l'activité motrice et comment le cerveau traite la vue et le son. Mais un Saint Graal de ce type de recherche est pensé – ce qui se passe entre l'audience et le fait, nous essayons toujours de comprendre les modèles d'activité cérébrale qui sous-tendent les processus cognitifs d'ordre supérieur. Ces résultats sont une étape dans cette direction. »
Bien que la capacité d'apprendre rapidement profiterait à tout animal dans la nature, les animaux étudiés dans les laboratoires semblent apprendre lentement et méthodiquement. Il faut généralement des souris, par exemple, des milliers d'essais d'apprendre une tâche, au mieux plusieurs centaines.
Le laboratoire de Kuchibhotla a précédemment constaté que les performances des animaux ne se synchronisent pas nécessairement avec leurs connaissances – ou que les animaux pourraient en savoir beaucoup plus qu'ils ne le démontrent dans les tests. Le laboratoire a également constaté que les animaux qui semblent être des apprenants lents pourraient tester leurs nouvelles connaissances. Mais en regardant simplement les animaux lutter contre les tâches, ils ne pouvaient pas dire un apprenant lent d'un testeur stratégique de frontières.
Nous sommes intéressés par l'idée que les humains et les autres animaux savent peut-être des choses sur le monde, les choses qu'ils choisissent de ne pas montrer. Notre question principale est de savoir quelle est la base neuronale de cette distinction entre l'apprentissage et la performance. «
KISHORE KUCHIBHOTLA, NEUROSCITIVE JOHNS HOPKINS
Les chercheurs ont enseigné aux souris à lécher quand ils ont entendu un ton mais pas à lécher quand ils ont entendu un son différent. Dès le début de l'entraînement, l'équipe a enregistré l'activité des neurones dans le cortex auditif, une zone du cerveau associée à l'ouïe et à la perception.
Il y avait deux surprises majeures. Premièrement, les souris ont appris en 20 à 40 essais, « extraordinairement rapide », selon Kuchibhotla. Et deuxièmement, cette activité d'apprentissage s'est produite dans le cortex sensoriel, quelque chose qui a généralement été associé aux zones cérébrales non-sensorielles.
« Ce travail illustre l'importance d'évaluer l'impact de l'activité cérébrale qui a un impact sur le comportement à différents stades du processus d'apprentissage et dans différentes conditions », a déclaré le premier auteur Celine Drieu, un boursier postdoctoral étudiant les neurosciences chez Johns Hopkins. « Nos résultats montrent qu'un cortex sensoriel fait plus que le traitement des entrées sensorielles; il est également crucial de former des associations entre les signaux sensoriels et les actions renforcées. »
Lorsque les souris ont continué à faire des erreurs, le léchage dans les mauvais moments longtemps après leur activité neuronale a montré qu'ils avaient appris la tâche, leur activité cérébrale a confirmé aux chercheurs que les souris connaissaient les règles du jeu – ils expérimentaient.
« Nous avons pu décoder le conducteur cognitif d'une erreur », a déclaré Kuchibhotla. « Nous pourrions dire si l'animal faisait une erreur ou voulait simplement donner une chance à l'autre option. »
Une fois que les souris ont maîtrisé la tâche et ont cessé leur comportement exploratoire, cette activité d'ordre supérieur a commencé à diminuer et le cortex sensoriel n'était plus impliqué dans la tâche.
« Nous pensons que cela signifie que les animaux sont plus intelligents que nous ne le pensons, et qu'il existe une dynamique du cerveau distincte liée à l'apprentissage. Vous savez peut-être quelque chose, mais il y a un processus parallèle lié à la façon dont vous l'utilisez. Le cerveau semble câblé pour bien faire cela, pour nous permettre de basculer entre les performances et l'apprentissage à mesure que nous allons de mieux en mieux à quelque chose. »
