Comme peuvent en témoigner les parents, les enseignants et les propriétaires d’animaux de compagnie, les récompenses jouent un rôle essentiel dans la formation des comportements des humains et des animaux. Les récompenses – qu’elles soient sous forme de friandises, de cadeaux, de mots d’appréciation ou de louanges, de célébrité ou d’avantages monétaires – agissent comme un renforcement positif du comportement associé. Bien que cette corrélation entre récompense et choix futur soit utilisée comme paradigme bien établi dans la recherche en neurosciences depuis plus d’un siècle, on ne sait pas grand-chose du processus neuronal qui la sous-tend, à savoir la façon dont le cerveau code, mémorise et traduit les signaux de récompense en comportements souhaités dans le futur.
Une étude récente menée par le Dr Sameer Sheth, professeur et vice-président de la recherche au département de neurochirurgie du Baylor College of Medicine, directeur des laboratoires de la Gordon and Mary Cain Pediatric Neurology Research Foundation et chercheur au Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute (Duncan NRI) au Texas Children's Hospital, a identifié l'activité neuronale de fréquence bêta dans le cortex cingulaire antérieur (CCA) du lobe frontal du cerveau comme la signature neuronale clé sous-jacente aux processus associés à la reconnaissance des récompenses et à la détermination des choix ultérieurs et, ainsi, à la formation des comportements futurs.
En outre, l’étude, publiée dans Nature Communicationsrapporte que cette signature neuronale est altérée chez les patients souffrant de dépression, ouvrant une possibilité passionnante d'utiliser ces signaux neuronaux comme un nouveau biomarqueur et une voie innovante potentielle pour la thérapie.
L'anhédonie est un symptôme cardinal de la dépression et d'autres troubles psychiatriques
Les êtres humains tirent du plaisir de diverses activités physiques ou mentales, d’expériences sensorielles et d’interactions avec la famille et les amis. Cependant, les personnes souffrant de dépression éprouvent souvent des sentiments de désespoir, de tristesse ou de désespoir pendant des périodes prolongées en raison du désengagement et de l’anhédonie – un terme médical qui signifie la perte de la capacité à ressentir de la joie ou du contentement dans des activités et des choses qu’elles trouvaient autrefois agréables, ce qui a un impact négatif profond sur leur qualité de vie.
L'anhédonie est également associée à d'autres troubles psychiatriques et neurologiques tels que la schizophrénie et le trouble bipolaire, les troubles liés à la toxicomanie, l'anxiété et la maladie de Parkinson. Les antidépresseurs traditionnels et les traitements standards ne parviennent souvent pas à traiter adéquatement ce symptôme chez les personnes souffrant de dépression sévère résistante au traitement et d'autres pathologies. Une meilleure compréhension de l'anhédonie peut guider le développement de traitements ciblés et plus efficaces contre la dépression et les pathologies associées.
La réponse au biais de récompense est régulée par l'activité bêta dans le lobe frontal
Pour identifier la base neuronale sous-jacente de l’anhédonie, Sheth et son équipe ont enregistré et analysé l’activité neuronale de quatre régions du cerveau de 15 patients souffrant d’épilepsie résistante aux médicaments qui subissaient une surveillance invasive pour localiser la zone d’où provenaient leurs crises.
Alors que leur activité cérébrale était surveillée, ces patients ont effectué une tâche de discrimination perceptive appelée tâche de récompense probabiliste (PRT), une tâche comportementale bien validée qui mesure objectivement l’anhédonie en observant des changements subtils dans le comportement liés à la récompense.
« Nous avons constaté que l'attribution inégale de récompenses entre deux réponses correctes dans cette tâche produisait un biais de réponse en faveur du stimulus le plus fréquemment récompensé », a déclaré le Dr Jiayang Xiao, auteur principal de l'étude et étudiant diplômé au laboratoire Sheth. « Nous avons constaté que, sur la base des commentaires reçus, la plupart des individus modifiaient leurs réponses ultérieures pour faire des choix susceptibles d'être récompensés, quelle que soit l'exactitude de leurs réponses. »
De plus, ils ont découvert qu’un signal spécifique – les oscillations neuronales dans la gamme de fréquences bêta – provenant du cortex cingulaire antérieur (CCA) dans le lobe frontal du cerveau, présentait une corrélation forte et positive constante avec le comportement de récompense et était étroitement lié à la réception des récompenses et à leur valeur. De plus, ils ont découvert que cette région cérébrale spécifique était impliquée dans l’évaluation des stimuli de récompense et des résultats, agissant potentiellement comme un nœud critique avec un mécanisme commun d’évaluation des récompenses.
Notre étude a répondu à une question fondamentale de longue date en neurosciences : quelle région cérébrale et quel signal spécifiques régulent la réponse classique de biais de récompense, dont un exemple célèbre est le conditionnement pavlovien où les chiens ont appris à associer le son d'une cloche à la nourriture.
Dr Benjamin Hayden, co-auteur principal, professeur de neurochirurgie à Baylor
La réponse au biais de récompense est altérée chez les patients souffrant de dépression résistante au traitement
Ensuite, Sheth et son équipe ont mené une étude PRT auprès de quatre personnes souffrant de dépression sévère résistante au traitement. Ils ont constaté que le traitement de la récompense dans le CCA était altéré dans ce groupe. Ces personnes ne présentaient pas la réponse comportementale typique consistant à privilégier les choix qui sont plus fréquemment récompensés. Cette observation suggère un manque d’anticipation orientée vers la récompense et que leurs choix étaient moins motivés par le retour de récompense. Conformément à ce changement de comportement de biais de récompense, l’activité bêta dans la région du CCA était réduite et retardée chez ces personnes.
« Dans cette étude, nous avons identifié l'activité bêta dans le CCA comme un biomarqueur potentiel de l'anhédonie », a déclaré Sheth, également boursier McNair et titulaire de la chaire de la Fondation Cullen à Baylor. « Un tel biomarqueur pourrait avoir de nombreux avantages potentiels, notamment l'amélioration du diagnostic et du suivi des symptômes des patients souffrant de dépression sévère et d'autres troubles psychiatriques liés à l'anhédonie. De plus, nos résultats présentent une possibilité intéressante selon laquelle la modulation de l'activité bêta du CCA pourrait être un traitement efficace de l'anhédonie, une hypothèse que nous prévoyons de tester dans de futurs essais cliniques. »
Les avancées en neurotechnologie de cette recherche ont progressé à un rythme qui n’était pas possible auparavant, en partie grâce au financement de l’Initiative de recherche sur le cerveau des National Institutes of Health par le biais de l’Initiative de promotion des neurotechnologies innovantes, ou BRAIN Initiative.
« Cette étude illustre l'impact que la recherche financée par BRAIN a déjà sur la pratique clinique », a déclaré le Dr John Ngai, directeur de l'Initiative BRAIN du NIH. « Les innovations en matière de collecte de données et de stimulation cérébrale profonde individualisée démontrées dans cette étude pourraient ouvrir la voie à une nouvelle génération de traitements de précision. »
