Bien que plusieurs études aient établi un lien entre le tabagisme pendant la grossesse et les difficulties du développement neurologique, les résultats des expériences comportementales menées sur des souris exposées à la nicotine avant la naissance ont été incohérents. Dans une étude récente, des scientifiques japonais ont développé un cadre basé sur l#39apprentissage profond pour observer et classer automatiquement le comportement des souris dans de telles expériences, produisant ainsi des résultats as well as précis et impartiaux. Ils montrent que l’exposition prénatale à la nicotine pourrait augmenter le risque de problems du spectre autistique et de difficulties de l’attention/hyperactivité chez les nouveau-nés.
Le fait que le tabagisme soit un facteur de risque pour plusieurs maladies, notamment le most cancers, les accidents vasculaires cérébraux et le diabète, est connu depuis environ un demi-siècle. Cependant, au cours des dernières décennies, les scientifiques ont mis en lumière bon nombre des effets néfastes du tabagisme pendant la grossesse, liant cette habitude à une mortalité infantile élevée, à des échecs d’accouchement et à un faible poids corporel à la naissance. De moreover, des études récentes suggèrent que l’exposition prénatale à la nicotine (PNE) pourrait être liée à des problems du développement neurologique, tels que le trouble déficitaire de l’attention/hyperactivité (TDAH) et les difficulties du spectre autistique (TSA).
Depuis longtemps, les scientifiques utilisent des modèles animaux (comme les rongeurs) pour comprendre comment la PNE conduit à des difficulties du développement neurologique. En analysant soigneusement le comportement des rongeurs, ils peuvent déduire si la PNE provoque des changements neurologiques et les régions du cerveau qui en sont affectées cela peut ensuite être confirmé par des analyses histologiques.
Malheureusement, jusqu’à présent, les études sur les changements comportementaux induits par la PNE chez la souris ont montré des résultats variés, dont certains sont contradictoires. Bien que ces écarts puissent avoir de multiples raisons, l’erreur humaine et les préjugés sont les principaux suspects. En général, l’évaluation des comportements animaux complexes, en particulier des interactions sociales, repose sur les attempts d’observateurs humains, ce qui introduit un niveau de subjectivité de base difficile à dissiper. Mais et si nous pouvions tirer parti de l’intelligence artificielle (IA) pour produire des résultats in addition précis et impartiaux à partir d’observations du comportement des souris PNE ?
Dans une étude récente publiée dans Cells le 1er février 2024, des chercheurs du département de physiologie moléculaire et cellulaire de l#39école de médecine de l#39université de Shinshu, dont l#39étudiant diplômé Mengyun Zhou, le professeur adjoint Takuma Mori et le professeur Katsuhiko Tabuchi, ont développé et formé un système basé sur l#39apprentissage pour analyser automatiquement les illustrations or photos d#39expériences comportementales sur des souris. Ils ont utilisé cet outil pour explorer les changements comportementaux induits par la PNE chez la souris sans biais d’observateur, cherchant à faire la lumière sur le lien entre la nicotine et les troubles neurodéveloppementaux.
Le cadre basé sur l#39IA proposé s#39appuyait sur une combinaison de deux boîtes à outils open up source bien établies, à savoir DeepLabCut et Straightforward Behavioral Analysis (SimBA). « Les outils d#39IA peuvent étiqueter les functions du corps des animaux dans une séquence vidéo sans marqueur et estimer avec précision leurs poses grâce à l#39apprentissage automatique supervisé », explique le professeur Tabuchi. « Étant donné que les comportements animaux sont définis comme un arrangement spécifique de get-togethers du corps sur une courte période de temps, des boîtes à outils d#39apprentissage en profondeur comme SimBA peuvent utiliser les estimations de pose obtenues avec DeepLabCut pour classer différents types de comportements animaux. »
Après avoir atteint un protocole de development best pour leur cadre en utilisant des données étiquetées manuellement, les chercheurs ont mené plusieurs expériences en utilisant des PNE et des souris témoins, à la recherche d#39indicateurs de comportements de kind TDAH et TSA. Tout d’abord, ils ont effectué des checks de réaction d’évitement de falaise, utilisés pour tester l’impulsivité. Dans ces checks, ils ont placé la souris en dilemma au sommet d’une plate-forme légèrement surélevée et ont noté – manuellement et avec le système d’IA – le temps pendant lequel la souris attendait avant de sauter de la plate-forme. Les résultats des exams suggèrent que les souris PNE sont furthermore impulsives, une caractéristique comportementale du TDAH chez l#39homme.
Ils ont également testé la mémoire de travail de souris à l’aide d’un labyrinthe en forme de Y et ont compté le nombre de fois où chaque souris passait spontanément d’un bras à l’autre du labyrinthe. « Nous avons observé une diminution de l#39altération spontanée chez les souris PNE, ce qui suggère que leur mémoire de travail était altérée, ce qui constitue une autre caractéristique comportementale du TDAH », commente Mengyun Zhou. « Ces résultats suggèrent que l#39exposition prénatale à la nicotine peut provoquer un TDAH chez la souris, ce qui concorde avec les rapports cliniques chez l#39homme. »
Enfin, les chercheurs ont mené des expériences en champ ouvert et sur les interactions sociales, ce qui représentait le principal défi de leur système basé sur l’IA. Dans ces expériences, les chercheurs ont observé une ou deux souris se comporter librement dans un grand enclos et ont recherché des indicateurs d#39anxiété et de comportements sociaux, tels que le toilettage et le suivi. Il est intéressant de noter que les souris PNE présentaient des déficits de comportement social et une anxiété accrue, caractéristiques des TSA. Une analyse histologique ultérieure du tissu cérébral hippocampique a confirmé une diminution de la neurogenèse, caractéristique des TSA. Ainsi, il semble que fumer puisse non seulement augmenter le risque de TDAH, mais également de TSA.
Il convient de noter que les résultats obtenus à l#39aide du système basé sur l#39IA étaient très fiables, comme le souligne le professeur Tabuchi : « Nous avons validé l#39exactitude de notre cadre d#39analyse comportementale en effectuant une comparaison minutieuse entre les résultats générés par le modèle et les évaluations comportementales effectuées par plusieurs annotateurs humains, ce qui est considéré comme la référence. Ces analyses cimentent le potentiel de l’approche proposée et mettent en valeur ses capacités pour de nombreux styles d’études comportementales.
Avec un peu de probability, de nouveaux initiatives ouvriront la voie à une solide compréhension des mécanismes à l’origine des troubles neurodéveloppementaux comme le TSA et le TDAH, conduisant finalement à de meilleurs outils de diagnostic et méthodes thérapeutiques.
