Les neuroscientifiques ont découvert des cellules cérébrales qui forment de multiples systèmes de coordonnées pour nous indiquer « où nous en sommes » dans une séquence de comportements. Ces cellules peuvent jouer différentes séquences d’actions, tout comme une boîte à musique peut être configurée pour jouer différentes séquences de tonalités. Les résultats nous aident à comprendre les algorithmes utilisés par le cerveau pour générer de manière flexible des comportements complexes, tels que la planification et le raisonnement, et pourraient être utiles pour comprendre comment ces processus se déroulent mal dans des conditions psychiatriques telles que la schizophrénie.
La recherche, publiée aujourd'hui dans Nature, décrit comment des scientifiques du Sainsbury Wellcome Center de l'UCL et de l'Université d'Oxford ont étudié des souris apprenant différentes séquences comportementales mais avec la même structure. Cela a permis à l’équipe de découvrir comment les souris généralisent leurs structures à de nouvelles tâches, caractéristique d’un comportement intelligent.
Chaque jour, nous résolvons de nouveaux problèmes en généralisant nos connaissances. Prenons la cuisine par exemple. Lorsque vous êtes confronté à une nouvelle recette, vous pouvez utiliser vos connaissances de base sur des recettes similaires pour déduire les étapes nécessaires, même si vous n'avez jamais préparé le repas auparavant. Nous voulions comprendre à un niveau cellulaire détaillé comment le cerveau y parvient et également déduire de cette activité cérébrale les algorithmes utilisés pour résoudre ce problème. »
M. Mohamady El Gaby, premier auteur de l'étude et neuroscientifique postdoctoral au laboratoire Behrens du Sainsbury Wellcome Center de l'UCL et du Département de neurosciences cliniques de Nuffield, Université d'Oxford
Les chercheurs ont attribué aux souris une série de quatre emplacements cibles. Même si les détails des séquences étaient différents, la structure générale était la même. Les souris se sont déplacées entre les emplacements des objectifs (ABC et D) qui se sont répétés en boucle.
« Après avoir expérimenté suffisamment de séquences, les souris ont fait quelque chose de remarquable : elles ont deviné une partie de la séquence qu'elles n'avaient jamais vécue auparavant. Lorsqu'elles atteignaient D dans un nouvel endroit pour la première fois, elles savaient qu'elles devaient retourner directement à A. Cette action ne pouvait pas se produire. » On ne s'en souvient pas, car cela n'a jamais été expérimenté en premier lieu, mais c'est la preuve que les souris connaissent la structure générale de la tâche et peuvent suivre leur « position » dans les coordonnées comportementales », a expliqué le Dr El Gaby.
Pour comprendre comment les souris ont appris la structure générale de la tâche, les chercheurs ont utilisé des sondes en silicium qui leur ont permis d'enregistrer l'activité de plusieurs cellules individuelles d'une zone du cerveau appelée cortex frontal médial. Ils ont découvert que les cellules cartographiaient collectivement la « progression vers l’objectif » de l’animal. Par exemple, une cellule pourrait se déclencher lorsque l'animal est à 70 % du chemin vers son objectif, quel que soit l'endroit où se trouve l'objectif ou la distance qu'il faut pour l'atteindre.
« Nous avons constaté que les cellules suivaient la position comportementale de l'animal par rapport à des actions concrètes. Si nous pensons à l'analogie avec la cuisine, les cellules se souciaient de la progression vers des sous-objectifs tels que couper les légumes. Un sous-ensemble de cellules a également été réglé pour cartographier la progression vers l'objectif global, comme terminer la préparation du repas. Les cellules « progrès de l'objectif » agissent donc effectivement comme des éléments de base flexibles qui s'assemblent pour construire un système de coordonnées comportementales », a déclaré le Dr El Gaby.
En effet, l’équipe a découvert que les cellules forment plusieurs systèmes de coordonnées, chacun indiquant à l’animal où il se trouve par rapport à une action spécifique. De la même manière qu'une boîte à musique qui peut être configurée pour jouer n'importe quelle séquence de tonalités, le cerveau peut à la place « jouer » des actions comportementales.
L'équipe s'efforce désormais de comprendre comment ces schémas d'activité s'intègrent dans les connexions du cerveau, à la fois lors de l'apprentissage de nouveaux comportements, et comment ils commencent à émerger dans le cerveau en développement. De plus, les premiers travaux du groupe et de leurs collaborateurs suggèrent qu’une activité cérébrale similaire est présente dans des circuits équivalents chez les humains en bonne santé. Ceci a encouragé l'équipe à travailler avec des psychiatres pour comprendre comment ces processus sont affectés dans des conditions comme la schizophrénie, dont on sait qu'elles impliquent les mêmes circuits cérébraux. Cela pourrait aider à expliquer pourquoi les personnes atteintes de schizophrénie surestiment leurs progrès vers des objectifs conduisant à des délires.
Cette recherche a été soutenue par une bourse de doctorat Wellcome Trust (220047/Z/19/Z), une bourse de recherche principale Wellcome (219525/Z/19/Z), un prix Wellcome Collaborator (214314/Z/18/Z), le Wellcome Center. pour la neuroimagerie intégrative et le financement de base du Wellcome Center for Human Neuroimaging du Wellcome Trust (203139/Z/16/Z, 203147/Z/16/Z), la bourse postdoctorale Sir Henry Wellcome (222817/Z/21/Z) , la Gatsby Charitable Foundation, le prix de développement de carrière Wellcome Trust (225926/Z/22/Z) et un Wellcome Trust SRF (202831/Z/16/Z).
