En courant sur place, des souris nous mettent sur la piste des circuits neuronaux à l’origine des réactions aux menaces
Le cerveau absorbe une énorme quantité d’informations nécessitant traitement, prise de décisions et actions en conséquence dans des délais très courts. Le meilleur moyen d’établir des corrélations entre l’activité neuronale et cette séquence rapide d’événements consiste à mener des expériences combinant un certain type d’enregistrement ou de mesure sur des animaux en état d’alerte et effectuant une tâche comportementale contrôlée. Cela vient toutefois compliquer une tâche qui n’était pas des plus aisées. Grâce au financement d’une bourse individuelle Marie Skłodowska-Curie, Yaara Lefler, affiliée au Sainsbury Wellcome Centre for Neural Circuits and Behaviour de l’UCL (University College de Londres), y est parvenue. Dans le cadre du projet defence_SC, Yaara Lefler a développé et implémenté un nouveau paradigme expérimental d’évasion virtuelle avec des mesures neuronales in vivo.
Courir pour se mettre à l’abri – sur place
La signalisation neuronale est en grande partie assurée par les mouvements d’ions chargés qui génèrent des courants et des tensions électriques. Les enregistrements électrophysiologiques servent de références pour mesurer les excitations neuronales. Les minuscules appareils utilisés pour mesurer de très faibles fluctuations électriques dans des neurones individuels, sur des échelles de temps très courtes, sont toutefois sujets à des interférences importantes chez les animaux en mouvement. Yaara Lefler et son équipe ont mis au point un moyen unique de contourner ce problème faisant en sorte que les déplacent leur environnement plutôt que leur propre corps pour se mettre à l’abri. Elle explique: «Pour créer un paradigme réaliste minimisant les mouvements de la tête, nous avons utilisé une enceinte en suspension composée d’une plateforme légère dotée d’un abri et flottant sur une table à coussin d’air. La tête des souris était immobilisée mais elles pouvaient déplacer la plateforme avec leurs pattes en marchant. Elles exploraient l’environnement tandis que la plateforme se déplaçait autour d’elles, leur permettant notamment d’entrer dans l’abri quand elles le désiraient.»
Une effrayante «maison hantée» pour souris
Les chercheurs s’intéressaient ici au mésencéphale,longtemps considéré comme une région importante pour les comportements défensifs. Différentes sous-régions du mésencéphale interviennent dans le traitement sensoriel de la menace et dans la réaction de fuite ou d’immobilisation. Néanmoins, on ne sait pas très bien comment l’intégration sensorielle fonctionne pour signaler une menace, ni quels sont les substrats neuronaux impliqués dans les deux réponses opposées, mutuellement exclusives, de fuite ou d’immobilisation. Pour résoudre ce problème, l’équipe a présenté aux souris un «stimulus imminent» (visuel), sous la forme d’un disque noir en expansion imitant un prédateur en approche, ou un stimulus ultrasonore (auditif), imitant le cri d’un rat prédateur. Les sondes en silicium à haute densité ont enregistré simultanément les potentiels d’action extracellulaires de centaines de neurones, et les enregistrements obtenus par patch-clamp sur cellule entière ont enregistré les événements synaptiques dans des neurones individuels.
Rester de marbre ou prendre la fuite?
Maintenant que toutes les données ont été obtenues, les analyses sont en cours et commencent déjà à nous éclairer sur les circuits neuronaux qui interviennent dans la réponse à la menace. Yaara Lefler poursuit: «Nous avons trouvé des neurones dans des régions spécifiques du mésencéphale qui répondent aux stimuli auditifs, visuels ou aux deux types de stimuli. Nous avons également trouvé des neurones qui réagissent exclusivement au cours du comportement défensif, et non à un stimulus menaçant qui ne provoque pas de réponse comportementale, ce qui indique qu’ils sont actifs dans le cadre du mécanisme comportemental.» Les efforts actuels se concentrent sur l’analyse des enregistrements électrophysiologiques afin d’élucider les mécanismes synaptiques qui conduisent à choisir entre les réactions de fuite et d’immobilisation. Yaara Lefler ajoute: «Ce dispositif unique offre une opportunité passionnante d’explorer les mécanismes neuronaux de la prise de décision au niveau des neurones individuels. Ses applications peuvent être facilement étendues à d’autres comportements, à d’autres zones du cerveau et à d’autres espèces.» Des souris qui font tourner une sorte de roue de la fortune horizontale nous montrent la voie – tout en restant sur place.
Mots‑clés
defence_SC, neurones, virtuel, prise de décision, réponse aux menaces, comportement défensif, électrophysiologique, mésencéphale, synaptique, potentiel d’action
