Une nouvelle étude de l'UC à San Francisco a identifié un modèle spécifique d'ondes cérébrales qui sous-tend la capacité à abandonner les anciennes associations savantes non pertinentes pour faire place à de nouvelles mises à jour. La recherche est la première à montrer directement qu'un comportement particulier peut dépendre de la synchronisation précise des ondes cérébrales à haute fréquence dans différentes parties du cerveau et pourrait ouvrir la voie à l'élaboration d'interventions pour certains troubles psychiatriques, dont la schizophrénie.
Échanger les anciennes règles contre de nouvelles est quelque chose que nous faisons constamment. Cela se produit lorsque vous obtenez un nouveau téléphone, changez de voiture ou mettez à jour le logiciel sur votre ordinateur portable – les premières fois que vous essayez d'allumer les phares d'une voiture de location, vous pourriez plutôt déclencher les essuie-glaces. Mais finalement, vous comprenez.
Faire de tels ajustements est essentiel pour s'adapter à l'évolution du monde autour de nous. Mais avoir du mal à abandonner les anciennes règles ne rend pas seulement parfois difficile la réalisation des tâches quotidiennes. Il pourrait également contribuer à certaines formes de psychose, comme la schizophrénie, en perturbant la capacité des gens à réévaluer et à mettre à jour les croyances et les délires déformés malgré des preuves et une logique contradictoires.
La persévération est un terme que nous utilisons pour décrire les individus qui s'en tiennent à quelque chose qui n'est plus approprié. C'est un problème dans de nombreuses maladies neuropsychiatriques. «
Vikaas Sohal, MD, PhD, professeur agrégé de psychiatrie et membre de l'UCSF Weill Institute for Neurosciences
Dans la nouvelle étude, publiée dans Neuroscience de la nature le 25 mai 2020, Sohal et ses collègues donnent un aperçu de ce qui pourrait se produire dans le cerveau lorsqu'une rupture du changement de règles mène à la persévérance. Ils ont constaté que la coordination précise d'un type spécifique d'ondes cérébrales, appelées ondes gamma, était essentielle pour apprendre à abandonner une ancienne règle et, au lieu de cela, faire attention aux indices qui n'étaient pas pertinents auparavant.
Le travail contribue à clarifier un débat de longue date sur la signification des ondes cérébrales. Pendant des décennies, les scientifiques ont pu mesurer ces schémas d'activité neuronale rythmique coordonnée, qui peuvent prendre différentes formes. Pendant aussi longtemps, l'importance des ondes cérébrales a été vivement contestée. Certains chercheurs ont fait valoir que les ondes cérébrales ont des fonctions importantes et que certains troubles cognitifs pourraient être liés à la détérioration de certaines ondes cérébrales. Les ondes gamma, par exemple, qui résultent d'une activité neuronale avec un rythme régulier entre 30 et 120 cycles par seconde, ont été supposées impliquées dans l'attention et la pensée consciente. Mais d'autres scientifiques ne sont pas d'accord, affirmant que les ondes cérébrales sont un sous-produit non pertinent de l'activité neuronale.
Essayer de comprendre cette question a été quelque chose comme ce qu'un étranger pourrait vivre s'il venait d'atterrir à l'extérieur d'un stade de football, a déclaré Sohal. « Imaginez que vous êtes à l'extérieur du stade et essayez de comprendre ce qui se passe juste à cause du son », a-t-il déclaré. « Surtout, vous n'entendez que du bruit aléatoire. Mais de temps en temps, vous entendez ce bruit se synchroniser dans une acclamation ou des chants, et vous vous demandez, » Hé – cela signifie-t-il quelque chose? « »
Au lieu du bruit des amateurs de sport qui sortent d'un stade, l'équipe de Sohal a enregistré l'activité des neurones dans différentes parties du cerveau. De nombreuses études passées sur les ondes cérébrales se sont appuyées sur les faibles signaux électriques détectables dans les enregistrements d'électroencéphalogramme (EEG) effectués à partir de la surface du crâne, mais dans la nouvelle étude, les chercheurs ont mis des sondes à l'intérieur du cerveau pour avoir un aperçu plus précis de la fonction de ces oscillations. Les chercheurs ont également utilisé le génie génétique pour épingler un indicateur d'activité fluorescent à des neurones d'un type idéal pour capturer l'activité rapide des ondes gamma dans des zones du cerveau importantes pour la cognition. Des flashs lumineux de ces étiquettes fluorescentes ont indiqué lorsque la tension de ces neurones a changé, permettant à l'équipe de suivre visuellement la communication entre les cellules.
Pour voir si les ondes gamma étaient liées à des comportements persévérants, les chercheurs ont conçu une «version souris» de la tâche de tri des cartes du Wisconsin, un outil d'évaluation standard qui mesure comment les participants humains apprennent de nouvelles règles à la volée, ce qui tend à être difficile pour les personnes atteintes de schizophrénie. Dans la tâche de la souris, les chercheurs ont caché une récompense sous du sable fin ou de la litière grossière pour chats dans l'un des deux bols, et ont donné à chacun une odeur distincte, et ont laissé des souris pour déterminer quelle odeur marquait le prix. Une fois que les souris ont appris la tâche, les chercheurs ont inversé la règle en rendant le signal d'odeur non pertinent, ne récompensant maintenant que si les souris devaient creuser dans le sable ou la litière pour chats pour l'atteindre.
Alors que les souris apprenaient à effectuer le changement, l'équipe a observé une augmentation des ondes gamma synchronisées des deux côtés du cerveau. Lorsque les chercheurs ont désynchronisé ces ondes en utilisant une stimulation lumineuse chez la souris avec des neurones génétiquement modifiés pour y répondre, les souris sont soudainement devenues très mauvaises à ce type d'apprentissage. Des erreurs persévérantes ont explosé et les souris ont eu besoin de deux fois plus de tentatives pour trouver le nouveau signal de la récompense.
« Il semble que la synchronisation gamma soit importante pour surmonter la persévérance des règles », a déclaré Sohal. « Cela correspond à une vision émergente selon laquelle la communication entre les régions du cerveau est peut-être altérée dans la schizophrénie et les troubles associés, qui pourraient donner lieu à certains symptômes. »
Curieusement, la perturbation de la synchronisation gamma n'a pas gêné la capacité des souris à apprendre de nouvelles associations ou à inverser une règle qu'elles avaient précédemment apprise. Lorsque l'odeur de l'ail a cessé de signaler une récompense, par exemple, ils ont pu inverser le cours et apprendre que l'odeur de la coriandre – qui marquait auparavant une traînée de froid – est maintenant codée pour un trésor enfoui. Ce n'est que lorsqu'ils ont dû passer d'un type de signal sensoriel à un autre (par exemple, du parfum aux signaux tactiles) que la synchronisation gamma est vraiment entrée en jeu, peut-être parce qu'apprendre à abandonner ce type de persévérance peut en fait être beaucoup plus difficile.
« Cela nous dit qu'il y a quelque chose de spécial dans le type d'apprentissage qui vous oblige à prêter attention à quelque chose que vous ignoriez auparavant », a déclaré Sohal.
Des recherches antérieures, notamment dans le laboratoire de Sohal, ont suggéré que les déficits en synchronie gamma et les neurones qui en sont la cause pourraient contribuer à des problèmes cognitifs au cœur de la schizophrénie et de la maladie d'Alzheimer. Une compréhension plus approfondie des modèles d'ondes gamma normaux et de ce qui se passe lorsqu'ils sont perturbés pourrait éventuellement aider les patients qui en ont besoin, a déclaré Kathleen Cho, PhD, chercheuse postdoctorale au laboratoire Sohal et auteur principal du document.
« Les traitements pour ces types de problèmes cognitifs sont sous-développés, en grande partie parce que les mécanismes pertinents ne sont pas clairs », a-t-elle ajouté. « Cette étude nous amène vers une compréhension plus approfondie de la façon dont nous pourrions commencer à traiter ce type de perturbation neurologique. »
La source:
Université de Californie – San Francisco
Référence de la revue:
Cho, K.K.A., et al. (2020) La synchronisation gamma interhémisphérique entre les interneurones prévalinaux de parvalbumine soutient l'adaptation comportementale pendant l'apprentissage par changement de règle. Neuroscience de la nature. doi.org/10.1038/s41593-020-0647-1.
