Imaginez travailler sur votre ordinateur et taper le même mot de passe long que vous avez utilisé pendant des années pour accéder à votre courrier électronique. Par habitude, vous effectuez cette séquence presque inconsciemment. Mais un jour, vous tombez sur un raccourci. C’est plus rapide, mais cela implique l’apprentissage et la mémorisation d’une nouvelle série de frappes.
Dans une étude sur des rongeurs, des scientifiques de l’école de médecine Icahn du mont Sinaï ont découvert qu’une partie du cerveau traditionnellement censée contrôler la frappe de l’ancienne séquence peut également jouer un rôle essentiel dans l’apprentissage de la nouvelle. Les résultats, publiés le 25 aoûte dans Communication Nature, suggèrent que ce processus implique un équilibre délicat dans l’activité de deux circuits neuronaux voisins : l’un dédié aux nouvelles actions et l’autre aux anciennes habitudes.
« Pendant des années, les scientifiques ont pensé que les habitudes et l’apprentissage de nouvelles actions gratifiantes étaient très probablement contrôlés par différentes parties du cerveau. Étonnamment, nous avons découvert qu’une zone du cerveau traditionnellement considérée comme spécialisée dans l’expression d’anciennes habitudes peut également aider le cerveau à apprendre de nouvelles actions. « , a déclaré Paul J. Kenny, PhD, professeur Ward-Coleman et président du département de neuroscience de la famille Nash au mont Sinaï et auteur principal de l’article. « En fin de compte, nous espérons que ces résultats fourniront de nouvelles informations sur les cellules et les circuits du cerveau qui sous-tendent une variété de troubles impliquant des anomalies dans la façon dont nos actions sont contrôlées, y compris la maladie de Parkinson et la toxicomanie. »
L’étude a été dirigée par Alexander CW Smith, PhD, instructeur au laboratoire Kenny, et Sietse Jonkman, PhD, ancien boursier postdoctoral au Mount Sinai.
L’apprentissage par l’action se produit lorsque faire quelque chose, comme déplacer un objet, produit un avantage, comme trouver de la nourriture ou éviter un ennemi. Dans cette étude, les chercheurs ont examiné le rôle que joue le striatum dans ce type d’apprentissage. Situé au plus profond du cerveau, le striatum est connu pour être impliqué dans le contrôle des mouvements et des actions.
« Bien que les scientifiques aient émis l’hypothèse que le striatum est impliqué dans l’apprentissage par l’action, peu ont réellement testé cette idée », a déclaré le Dr Jonkman. « Nous voulions examiner en profondeur les circuits striataux qui peuvent être impliqués dans l’apprentissage par l’action. »
Pour ce faire, les chercheurs ont testé la capacité de rongeurs affamés à trouver de la nourriture. Le premier jour des expériences, les rongeurs ont été placés dans une cage spéciale et entraînés à gagner de la nourriture en appuyant sur un levier de distribution. Chaque fois qu’un rongeur expérimental appuyait sur le levier, il recevait une boulette de nourriture alors que les rongeurs témoins n’en recevaient aucune. Deux jours plus tard, les chercheurs ont testé l’apprentissage en remettant les rongeurs dans la cage spéciale. Une fois dans la cage, les rongeurs expérimentaux ont appuyé vigoureusement sur le levier même s’il ne distribuait plus de nourriture, indiquant qu’ils avaient appris avec succès la nouvelle action, tandis que les rongeurs témoins cherchaient tout autour et n’appuyaient sur le levier que quelques fois.
À divers moments au cours des expériences, les chercheurs ont examiné l’activité neuronale dans le cerveau des rongeurs. Ils ont découvert qu’immédiatement après une séance d’entraînement, les neurones dans des zones spécifiques du striatum étaient plus actifs chez les rongeurs expérimentaux que ceux du groupe témoin. C’était une période où la mémoire de l’action nouvellement apprise est connue pour être stockée, ou codée, dans le cerveau pour une utilisation ultérieure. Plus particulièrement, cela a été observé dans le striatum dorsolatéral, le striatum dorsomédial postérieur et le noyau accumbens, suggérant que ces zones ont joué un rôle dans l’apprentissage.
Pour tester cela davantage, les chercheurs ont injecté dans chaque zone un médicament, l’anisomycine, qui empêche les cellules de fabriquer les protéines nécessaires au stockage de la mémoire à long terme. Le médicament a été injecté soit immédiatement après une séance d’entraînement, soit six heures plus tard, un moment où les nouvelles protéines nécessaires au stockage de la mémoire devraient déjà avoir été produites. De manière inattendue, les chercheurs ont découvert que le médicament ne perturbait la capacité des animaux à se souvenir de la nouvelle action qu’une fois injecté dans le striatum dorsolatéral immédiatement après la séance d’entraînement. Les injections dans d’autres domaines n’ont eu aucun effet sur l’apprentissage.
« Nous avons été surpris par ces résultats. Traditionnellement, on pense que l’apprentissage par l’action est codé par le striatum dorsomédial postérieur alors que le striatum dorsolatéral ne prend en charge que les habitudes. Mais ce n’est pas ce que nous avons vu », a déclaré le Dr Smith. « Au lieu de cela, nos résultats suggèrent qu’en plus de réguler les habitudes, le striatum dorsolatéral consolide également l’apprentissage de l’action immédiatement après l’apprentissage de la nouvelle action. »
D’autres expériences ont soutenu cette idée. Par exemple, le blocage chimique de l’activité des neurones dans le striatum dorsolatéral peu de temps après une séance d’entraînement a également empêché les rongeurs de se souvenir d’utiliser le levier pour récupérer de la nourriture.
Enfin, lorsque les chercheurs ont examiné de plus près ce domaine, ils ont découvert que l’apprentissage peut être contrôlé par deux circuits neuronaux voisins et antagonistes connus pour répondre au neurotransmetteur dopamine. Dans un circuit, l’activité des cellules appelées neurones épineux moyens récepteurs D1 a augmenté immédiatement après l’entraînement, et l’inhibition de ces cellules a entravé l’apprentissage. En revanche, l’activité des autres cellules, appelées neurones épineux du milieu récepteur D2, s’est calmée après l’entraînement et le blocage de leur activité a amélioré la capacité des animaux à se souvenir de la nouvelle action. Dans une autre série d’expériences, les chercheurs ont découvert que le blocage de l’activité des neurones D2 empêchait les rongeurs d’afficher des habitudes apprises auparavant.
« Nos résultats suggèrent qu’il existe un équilibre délicat entre l’apprentissage de nouvelles actions et l’expression d’anciennes habitudes, qui est contrôlée par l’activité yin-yang de deux populations différentes de neurones dans le striatum dorsolatéral », a déclaré le Dr Kenny. « À l’avenir, nous prévoyons d’étudier comment la perturbation de cet équilibre contribue à des actions inadaptées dans les troubles cérébraux. »
