Le rôle de l’activité oscillatoire striatale exploré

Dans une étude récente publiée dans Comportement humaindes chercheurs ont étudié la contribution causale de modèles d'activité oscillatoire spécifiques au sein du striatum humain au renforcement de l'apprentissage moteur en utilisant la stimulation par interférence temporelle transcrânienne (tTIS) avec neuroimagerie simultanée.

Étude: La stimulation non invasive du striatum humain perturbe l'apprentissage par renforcement des capacités motrices. Crédit d’image : Nouvelle Afrique/Shutterstock.com

Arrière-plan

Le feedback de renforcement peut améliorer l’apprentissage moteur, mais les mécanismes cérébraux sous-jacents ne sont pas entièrement compris, notamment en ce qui concerne le rôle d’une activité oscillatoire spécifique au sein du striatum humain.

Un domaine d’intérêt émergent est le potentiel des techniques non invasives de stimulation cérébrale profonde, telles que le tTIS, pour moduler ces mécanismes.

Comprendre comment différentes fréquences de TISt impactent l'activité neuronale et influencent l'apprentissage moteur pourrait révéler des informations cruciales sur la contribution striatale à ces processus. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour explorer ces relations et développer des interventions ciblées d’amélioration des compétences motrices et de réadaptation.

À propos de l'étude

La présente étude a porté sur 48 volontaires droitiers en bonne santé : 24 (15 femmes, 25,3 ± 0,7 ans) dans l'étude principale sur le tTIS et 24 (14 femmes, 24,2 ± 0,5 ans) dans une expérience de contrôle comportemental.

La sensibilité a été évaluée à l'aide de l'inventaire de la sensibilité d'Édimbourg. Tous les participants ont donné leur consentement éclairé suite à la Déclaration d'Helsinki, approuvée par le Comité cantonal d'éthique Vaud, Suisse.

Les participants ne présentaient aucun trouble neurologique ou psychiatrique et ont rempli un questionnaire de choix monétaire à actualisation différée. Ils étaient rémunérés à 20 CHF de l'heure.

Les participants ont effectué une tâche d'apprentissage moteur avec un TISt simultané du striatum et une IRMf en utilisant une conception randomisée, en double aveugle et contrôlée de manière fictive. Ils ont pratiqué six blocs d'essais, combinant deux conditions de renforcement (Reinf_TAPER: Renf_SUR ou Renf_DÉSACTIVÉ) avec trois types de stimulation striatale (tTIS_TAPER: tTIS_FauxIST_20Hz ou TICt_80Hz).

La tâche impliquait un contrôle dynamique de la force à l’aide d’un capteur de force de préhension compatible avec l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Les participants contrôlaient un curseur en appuyant sur le capteur, s'adaptant ainsi aux informations sensorielles changeantes.

Pendant l'entraînement, le curseur était affiché par intermittence pour améliorer l'impact du renforcement. Renf_SUR les essais ont fourni des retours de réussite en temps réel, tandis que Reinf_DÉSACTIVÉ les essais présentaient des changements de couleur aléatoires.

Le protocole comprenait des blocs de familiarisation et de formation, le tTIS ciblant le striatum en utilisant un placement optimisé des électrodes. L’analyse des données impliquait des régressions linéaires robustes et un prétraitement d’imagerie fonctionnelle.

Résultats de l'étude

Au total, 24 participants en bonne santé ont effectué une tâche de suivi de force dans un scanner IRM avec un TISt simultané du striatum. La tâche exigeait que les participants modulent la force appliquée à un capteur de poignée pour suivre une cible en mouvement avec un curseur en utilisant leur main dominante. Chaque bloc introduisait un nouveau schéma de mouvement pour la cible.

Pendant le renforcement_SUR blocs, les participants ont reçu des commentaires de renforcement en temps réel indiquant le succès ou l'échec via des cibles vertes ou rouges, respectivement.

Ces commentaires ont suivi un calendrier en boucle fermée, mettant à jour les critères de réussite en fonction des performances médianes au cours des quatre essais précédents. En renfort_DÉSACTIVÉ blocs, les participants se sont entraînés avec des commentaires aléatoires visuellement assortis (cyan/magenta).

Les deux types de blocs utilisaient un retour visuel partiel du curseur, améliorant ainsi les effets de renforcement sur l'apprentissage moteur. Les évaluations avant et après l'entraînement impliquaient un retour visuel complet sans renforcement ni tTIS, évaluant l'apprentissage moteur.

Pour évaluer les effets du tTIS sur les bénéfices de l'apprentissage moteur et les changements neuronaux liés au renforcement, les participants ont réalisé six blocs de 36 essais avec un tTIS simultané pendant l'entraînement, délivrés à une fréquence de 20 Hz (tTIS_20Hz), 80 Hz (tTIS_80Hz) ou à titre fictif (tTIS_Faux). L’ordre des conditions a été équilibré pour réduire les effets de report.

Le montage des électrodes pour une stimulation optimale du striatum a été déterminé via une modélisation informatique utilisant un modèle de tête réaliste. Le montage sélectionné a généré un champ électrique d’interférence temporelle significativement plus fort dans le striatum que dans le cortex sus-jacent.

L'erreur évaluait la performance de la tâche, définie comme la différence absolue entre la force appliquée et la force cible.

L’erreur post-entraînement était inférieure à l’erreur pré-entraînement, indiquant un apprentissage moteur important. Le renforcement a amélioré l’apprentissage, mais cet effet dépend du type de stimulation. Le renforcement a considérablement amélioré l’apprentissage avec tTIS_Faux et TICt_20Hz mais pas avec tTIS_80Hzindiquant qu'un TISt striatal gamma élevé perturbe les avantages du renforcement.

Pendant l'entraînement, les erreurs étaient généralement plus élevées en raison de l'incertitude visuelle. Le renforcement a réduit cette perturbation, démontrant la capacité des participants à utiliser les commentaires en temps réel pour s'améliorer.

Cependant, le tTIS a affecté les performances de suivi, l'erreur augmentant au cours du tTIS._20Hz et TICt_80Hz applications. Une analyse supplémentaire a indiqué que le tTIS nuisait à la capacité à améliorer les performances pendant l'entraînement, sans dépendance à la présence de renforts. Cet effet a été attribué à un impact général du tTIS sur les performances motrices.

L'IRMf basée sur les tâches acquise pendant la formation a permis d'évaluer les effets neuronaux du tTIS. L'analyse du cerveau entier a révélé une activité striatale accrue avec renforcement, mais aucun effet tTIS.

Cependant, les effets comportementaux du TICt_80Hz sur l'apprentissage par renforcement étaient liés à la modulation de l'activité neuronale striatale. Une analyse de connectivité efficace a montré que tTIS_80Hz connectivité améliorée du striatum au cortex frontal, en fonction de la présence du renforcement.

Conclusions

Cette étude a combiné le tTIS striatal avec la modélisation du champ électrique, les analyses comportementales et l'IRMf pour évaluer le rôle du striatum dans l'apprentissage du renforcement des compétences motrices. IST_80Hz apprentissage perturbé par retour de renforcement, lié à la modulation de l'activité neuronale striatale et à une influence accrue sur les zones corticales frontales. Les différences individuelles d'impulsivité expliquent la variabilité du tTIS_80Hz effets.

Ces résultats montrent que le TIS striatal peut moduler de manière non invasive les mécanismes striataux dans l'apprentissage par renforcement, fournissant ainsi un nouvel outil pour étudier les structures et le comportement du cerveau profond. En outre, l’étude met en évidence les effets spécifiques à la fréquence du tTIS sur la connectivité striatale et corticale.