Apprendre un mouvement habile complexe comme lacer ses chaussures ou jouer d’un instrument demande de la pratique. Après avoir répété les mêmes mouvements encore et encore, les gens développent souvent une manière stéréotypée d’effectuer la tâche et peuvent même ne plus avoir à y penser. Bien que nous accomplissions chaque jour des tâches aussi répétitives, on sait peu de choses sur la façon dont le cerveau les apprend, les répète et les perfectionne.
Maintenant, un chercheur de l’École de médecine de l’Université du Maryland (UMSOM) et ses collègues de l’Université de Harvard ont montré chez des rats comment plusieurs régions du cerveau doivent travailler ensemble pour acquérir une compétence et la reproduire parfaitement, chaque rat ajoutant son propre flair sous la forme d’une « danse ».
Leur étude a été publiée le 25 février 2022 dans Avancées scientifiques.
En plus de suivre notre curiosité de base pour comprendre comment fonctionne le cerveau et comment nous apprenons les mouvements, notre travail a de nombreuses applications directes. Comprendre les conditions dans lesquelles les cerveaux sains apprennent explique comment les gens devraient s’entraîner pour des activités hautement qualifiées comme certains sports. Plus important encore, un jour, espérons-le, les connaissances recueillies dans le cadre de ce programme de recherche fondamentale aideront les personnes atteintes de lésions cérébrales ou de maladies affectant les mouvements. »
Steffen Wolff, PhD, professeur adjoint de pharmacologie à la faculté de médecine de l’Université du Maryland
L’équipe de recherche entraîne des rats à étudier comment leur cerveau apprend et exécute de nouvelles compétences. Dans ces expériences, les rats apprennent à appuyer sur un levier d’une manière spécifique pour boire de l’eau.
« Pendant le processus d’apprentissage, ils développent une petite danse et chaque rat propose sa propre chorégraphie », a déclaré le Dr Wolff. « Après avoir perfectionné leur technique, ils continuent à faire ce qui a fonctionné pour eux lors de l’apprentissage : un animal gratte le mur, un autre tape du pied et un autre tire la langue, tout en appuyant simultanément sur le levier. »
Ces danses ressemblent aux mouvements superstitieux que les lanceurs de baseball exécutent chaque fois qu’ils lancent la balle, comme tirer sur le bord de leur chapeau ou gratter le sable avec leur pied.
Dans une étude antérieure, l’équipe a montré que lorsque les chercheurs endommageaient le cortex moteur – ; partie de la couche la plus externe du cerveau – ; les rats ne pouvaient pas apprendre leurs petites danses. Pourtant, une fois qu’ils avaient appris leur danse pour exécuter la tâche, ils pouvaient très bien l’exécuter sans cette région du cerveau. Dans une autre étude, les chercheurs ont découvert une autre zone cérébrale essentielle à l’apprentissage de la tâche – ; les ganglions de la base, une région profonde du cerveau. Cette région est également touchée dans la maladie de Parkinson.
Dans leur dernière étude, les chercheurs ont rassemblé les pièces du puzzle en se demandant si le cortex moteur apprend aux ganglions de la base à produire la nouvelle compétence. Ils ont utilisé des virus pour couper la connexion entre les deux zones du cerveau. Comme les chercheurs s’y attendaient, ils ont découvert que sans le cortex moteur enseignant les ganglions de la base, les rats ne pouvaient plus développer aucune de leurs danses.
Les chercheurs ont ensuite voulu voir si les ganglions de la base travaillaient également avec d’autres régions du cerveau pour exécuter la compétence apprise. Ils se sont concentrés sur une autre région profonde du cerveau, qui a également de fortes connexions avec les ganglions de la base – ; le thalamus.
Lorsque les chercheurs ont maintenant interrompu la connexion entre le thalamus et les ganglions de la base avec leur outil viral, les rats ont toujours appuyé sur le levier, mais ils ont complètement perdu leurs «danses» apprises idiosyncratiques. Les rats se sont remis à frapper à plusieurs reprises sur le levier, comme ils l’ont tous fait lorsqu’ils ont commencé à apprendre la tâche. Le Dr Wolff a expliqué que ces mouvements simples pouvaient être produits par d’autres parties plus fondamentales du cerveau, comme le tronc cérébral.
« Ce travail aide à révéler la logique de la façon dont les régions cérébrales individuelles travaillent ensemble pour contrôler l’apprentissage et l’exécution des compétences, une première étape dans notre quête pour aider à traiter les patients atteints de troubles moteurs comme la maladie de Parkinson, et les blessures dues à un traumatisme ou à un accident vasculaire cérébral. contrôlant des parties du cerveau », a déclaré le doyen E. Albert Reece, MD, PhD, MBA, vice-président exécutif pour les affaires médicales, UM Baltimore, et professeur émérite John Z. et Akiko K. Bowers à la faculté de médecine de l’Université du Maryland. .
