Une étude de l’apprentissage spatial chez la souris montre que l’exposition à de nouvelles expériences amortit les représentations établies dans l’hippocampe et le cortex préfrontal du cerveau, permettant aux souris d’apprendre de nouvelles stratégies de navigation. L’étude, publiée dans Nature, a été soutenue par les Nationwide Institutes of Health and fitness.



« La capacité d’apprendre de manière versatile dans de nouvelles scenarios permet de s’adapter à un monde en constante évolution », a noté Joshua A. Gordon, MD, Ph.D., auteur principal de l’étude et directeur de l’Institut nationwide de la santé mentale., qui fait partie des NIH. « Comprendre la foundation neurale de cet apprentissage versatile chez les animaux nous donne un aperçu de la façon dont ce variety d’apprentissage peut être perturbé chez les humains. »

Remark la nouveauté déclenche des mécanismes neuronaux qui facilitent l'encodage de stratégies flexibles

Le Dr Gordon a co-supervisé le projet de recherche avec Joseph A. Gogos, M.D., Ph.D., et Alexander Z. Harris, M.D., Ph.D., tous deux de l’Université Columbia, New York.



Chaque fois que nous rencontrons de nouvelles informations, ces informations doivent être consolidées dans une mémoire steady et resilient pour que nous puissions les rappeler plus tard. Un mécanisme clé dans ce processus de consolidation de la mémoire est la potentialisation à very long terme, qui est un renforcement persistant des connexions neuronales basé sur des modèles d’activité récents. Bien que ce renforcement des connexions neuronales puisse être persistant, il ne peut pas être long term ou nous ne pourrions pas mettre à jour les représentations de la mémoire pour accueillir de nouvelles informations. En d’autres termes, notre capacité à nous souvenir de nouvelles expériences et à en tirer des leçons dépend d’un codage d’informations à la fois durable et adaptable.

Pour comprendre les mécanismes neuronaux spécifiques qui rendent cette plasticité doable, l’équipe de recherche, dirigée par Alan J. Park, Ph.D., de Columbia, a examiné l’apprentissage spatial chez la souris.

L’apprentissage spatial dépend d’un circuit clé entre l’hippocampe ventral (une construction située au milieu du cerveau) et le cortex préfrontal médian (situé juste derrière le front). La connectivité entre ces constructions cérébrales se renforce au cours de l’apprentissage spatial. Cependant, si la connectivité reste à son greatest, elle entrave l’adaptation ultérieure aux nouvelles tâches et règles. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que l’exposition à une nouvelle expérience peut servir de déclencheur environnemental qui atténue la connectivité hippocampique-préfrontale établie, permettant un apprentissage spatial adaptable.

Dans la première tâche, les chercheurs ont entraîné des souris à naviguer dans un labyrinthe d’une certaine manière pour recevoir une récompense. Certaines souris ont ensuite été autorisées à explorer un espace qu’elles n’avaient jamais vu auparavant, tandis que d’autres ont exploré un espace familier. Les souris se sont alors engagées dans une deuxième tâche spatiale, qui a nécessité de passer à une nouvelle stratégie de navigation pour obtenir une récompense.

Comme prévu, toutes les souris ont d’abord privilégié leur stratégie de navigation d’origine. Mais les souris qui avaient exploré un nouvel espace ont progressivement surmonté ce biais et ont appris avec succès la nouvelle stratégie de navigation à mi-chemin de la session de formation de 40 essais. Lorsque les chercheurs ont testé à nouveau un sous-ensemble de souris lors de la première tâche, ils ont constaté que les souris exposées à la nouveauté étaient capables de revenir à la stratégie d’origine, indiquant qu’elles avaient mis à jour et choisi leur stratégie en fonction des exigences de la tâche.

Des résultats supplémentaires ont montré que les effets de la nouveauté s’étendaient au-delà des nouveaux espaces: rencontrer de nouvelles souris avant la deuxième tâche a également amélioré l’apprentissage de la nouvelle stratégie de récompense.

Les changements dans l’activité cérébrale tout au extended de l’entraînement ont révélé les mécanismes neuronaux qui conduisent cet apprentissage amélioré par la nouveauté. Chez les rongeurs, il existe un schéma de tir bien défini dans l’hippocampe connu sous le nom d’onde thêta, qui jouerait un rôle central dans l’apprentissage et la mémoire. Lorsque Park et ses coauteurs ont examiné les enregistrements de l’hippocampe ventral, ils ont constaté que l’onde thêta est devenue plus forte pendant l’exploration de l’arène du roman et l’heure qui a suivi l’onde thêta a diminué au fur et à mesure que les souris se sont familiarisées avec l’arène au cours des deux jours suivants. Les chercheurs ont découvert que l’exposition à la nouveauté perturbait également le codage de la stratégie de navigation originale, réorganisant le schéma de déclenchement des neurones individuels dans l’hippocampe ventral pour les synchroniser avec l’onde thêta.

Dans le même temps, les neurones du cortex préfrontal médian ont montré une diminution de la synchronisation des ondes thêta, et les corrélations entre l’activité hippocampique et l’activité préfrontale s’affaiblissent. Ces découvertes et d’autres suggèrent que l’exposition à la nouveauté a atténué les connexions synaptiques entre l’hippocampe ventral et le cortex préfrontal médian, réinitialisant le circuit pour permettre le renforcement ultérieur de la connectivité associée à l’apprentissage.

En déclenchant cette réinitialisation, la nouveauté semble faciliter la mise à jour de la stratégie en réponse à la structure de récompense spécifique de la tâche. Les analyses d’apprentissage automatique ont indiqué que, suite à une exposition à la nouveauté, les neurones de l’hippocampe ventral ont basculé le codage d’une stratégie qui prédisait la récompense sur la première tâche à une qui prévoyait la récompense pour la deuxième tâche. Les informations spécifiques à la tâche ont ensuite été transmises aux neurones préfrontaux médiaux, qui ont mis à jour le codage en conséquence.

Sur le prepare chimique, le neurotransmetteur dopamine agit comme un médiateur clé de cette plasticité. Plusieurs expériences ont montré que l’activation des récepteurs de la dopamine D1 dans l’hippocampe ventral conduit à des effets de type nouveauté, notamment une connectivité hippocampique-préfrontal atténuée et un apprentissage amélioré. Le blocage des récepteurs D1 a empêché ces effets induits par la nouveauté.

Ensemble, ces découvertes mettent en lumière certains des mécanismes cérébraux qui jouent un rôle dans le codage flexible de l’information.

« Notre étude indique que la nouveauté est un moyen de déclencher la réinitialisation des circuits qui facilite l’apprentissage spatial chez la souris », a déclaré Park. « La prochaine étape consiste à s’appuyer sur ces résultats et à déterminer si la nouveauté joue un rôle similaire dans la mémoire et l’apprentissage humains. »