Les chercheurs pensent depuis longtemps que les récompenses telles que la nourriture ou l’argent encouragent l’apprentissage dans le cerveau en provoquant la libération de la dopamine, l’hormone du « bien-être », connue pour renforcer le stockage de nouvelles informations. Maintenant, une nouvelle étude chez les rongeurs décrit comment l’apprentissage se produit encore en l’absence d’incitation immédiate.
Dirigée par des chercheurs de la NYU Grossman School of Medicine, l’étude a exploré la relation entre la dopamine et l’acétylcholine chimique du cerveau, également connue pour jouer un rôle dans l’apprentissage et la mémoire. Des recherches antérieures avaient montré que ces deux hormones se faisaient concurrence, de sorte qu’une augmentation de l’une entraîne une diminution de l’autre. On pensait que les récompenses favorisaient l’apprentissage en déclenchant simultanément une augmentation de la dopamine et une diminution de l’acétylcholine.
On pense que ce déséquilibre hormonal soudain ouvre une fenêtre d’opportunité pour que les cellules cérébrales s’adaptent à de nouvelles circonstances et forment des souvenirs pour une utilisation ultérieure. Connu sous le nom de neuroplasticité, ce processus est une caractéristique majeure de l’apprentissage ainsi que de la récupération après une blessure. Cependant, la question restait de savoir si la nourriture et d’autres récompenses externes sont les seuls moteurs de ce système de mémoire, ou si notre cerveau est plutôt capable de créer les mêmes conditions qui sont favorables à l’apprentissage sans aide extérieure.
Pour plus de clarté, les auteurs de l’étude se sont concentrés sur quand et dans quelles circonstances les niveaux de dopamine sont élevés en même temps que les niveaux d’acétylcholine sont bas. Ils ont constaté que cette situation se produit fréquemment, même en l’absence de récompenses. En fait, il s’avère que les hormones vont et viennent constamment dans le cerveau, avec des niveaux de dopamine régulièrement élevés alors que les niveaux d’acétylcholine sont bas, ouvrant la voie à un apprentissage continu.
« Nos résultats remettent en question la compréhension actuelle de quand et comment la dopamine et l’acétylcholine fonctionnent ensemble dans le cerveau », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Anne Krok, PhD. « Plutôt que de créer des conditions d’apprentissage uniques, les récompenses profitent d’un mécanisme déjà en place et constamment à l’œuvre », a ajouté le Dr Krok, qui est également étudiant en médecine à la NYU Grossman School of Medicine.
Pour la recherche, publiée en ligne le 9 août dans la revue Nature, l’équipe de l’étude a donné à des dizaines de souris accès à une roue sur laquelle elles pouvaient courir ou se reposer à volonté. À l’occasion, les chercheurs offraient aux animaux un verre d’eau. Ensuite, ils ont enregistré l’activité cérébrale des rongeurs et mesuré la quantité de dopamine et d’acétylcholine libérée à différents moments.
Comme prévu, les friandises ont créé les schémas typiques de libération de dopamine et d’acétylcholine qui sont déclenchés par des récompenses. Cependant, l’équipe a également observé que bien avant de recevoir des friandises à l’eau, la dopamine et l’acétylcholine suivaient déjà des cycles de « flux et reflux » environ deux fois par seconde, au cours desquels les niveaux d’une hormone baissaient tandis que l’autre augmentait. Le Dr Krok note que ce schéma s’est poursuivi, que les rongeurs courent ou restent immobiles. Des ondes cérébrales similaires ont été observées chez l’homme pendant des périodes d’introspection et de repos, ajoute-t-elle.
Ces résultats peuvent aider à expliquer comment le cerveau apprend et répète par lui-même, sans avoir besoin d’incitations externes. Peut-être que ce circuit pulsé incite le cerveau à réfléchir sur les événements passés et à en tirer des leçons. »
Nicolas Tritsch, PhD., auteur principal de l’étude et neuroscientifique
Cela dit, le Dr Tritsch, professeur adjoint au Département de neurosciences et de physiologie et membre du Neuroscience Institute de NYU Langone Health, prévient que leurs recherches n’ont pas été conçues pour dire si les cerveaux de souris traitent les informations de la même manière que les cerveaux humains. au cours de cet apprentissage « autodidacte », comme il le décrit.
Néanmoins, dit-il, les résultats de l’étude peuvent également offrir un aperçu de nouvelles façons de comprendre les conditions neuropsychiatriques qui ont été liées à des niveaux incorrects de dopamine, comme la schizophrénie, le trouble déficitaire de l’attention avec hyperactivité (TDAH) et la dépression.
Dans la schizophrénie, par exemple, les patients éprouvent souvent des délires qui contredisent la réalité. Si le circuit dopamine-acétylcholine renforce constamment les connexions dans le cerveau, explique le Dr Tritsch, alors des problèmes avec ce mécanisme pourraient conduire à la formation de connexions trop nombreuses et incorrectes, les obligeant à « apprendre » des événements qui n’ont pas vraiment se produire.
De même, le manque de motivation est un symptôme courant de la dépression, ce qui rend difficile l’exécution de tâches de base telles que sortir du lit, se brosser les dents ou aller au travail. Selon les auteurs, il est possible qu’une perturbation du système de disque interne contribue à ces problèmes.
En conséquence, le Dr Tritsch dit que l’équipe de recherche prévoit ensuite d’examiner comment les cycles dopamine-acétylcholine se comportent dans des modèles animaux de telles maladies mentales, ainsi que pendant le sommeil, ce qui est important pour la consolidation de la mémoire.
Le financement de l’étude a été fourni par les subventions des National Institutes of Health DP2NS105553, R01MH130658, T32NS086750, T32GM007308 et T32GM136573. Un financement supplémentaire a été fourni par la Fondation Alfred P. Sloan, la Fondation Danna, la Fondation Whitehall, les Fondations médicales Feldstein et le Vilcek Scholars Award.
En plus du Dr Krok et du Dr Tritsch, les autres chercheurs impliqués dans l’étude étaient Marta Maltese, PhD, et Pratik Mistry, MS, à NYU Langone; et Xiaolei Miao, PhD, et Yulong Li, PhD, à l’École des sciences de la vie de l’Université de Pékin à Pékin.
