9 mars 2017
Une souris trouve son chemin via une carte sous la forme de la structure chimique d'une molécule de dopamine, faisant écho aux résultats de la recherche selon lesquels la dopamine oriente les choix comportementaux. Crédit: Salk Institute
Supposons que vous atteigniez la coupe de fruits lors d'un buffet, mais à la dernière seconde, vous changez de vitesse et prenez un petit gâteau à la place. Émotionnellement, votre décision est un ragoût complexe de culpabilité et d'anticipation alléchante. Mais physiquement, c'est un simple changement: au lieu de bouger à gauche, votre main est allée à droite. De tels changements en une fraction de seconde intéressent les neuroscientifiques car ils jouent un rôle majeur dans les maladies qui impliquent des problèmes de sélection d'une action, comme la maladie de Parkinson et la toxicomanie.
Dans March 9, publication en ligne de la revue 2017 Neuron, les scientifiques du Salk Institute rapportent que la concentration d’une substance chimique du cerveau appelée dopamine régit les décisions sur les actions si précisément que la mesure du niveau juste avant une décision permet aux chercheurs de prédire avec précision le résultat. De plus, les scientifiques ont découvert que changer le niveau de dopamine était suffisant pour modifier le choix à venir. Le travail peut ouvrir de nouvelles voies pour traiter les troubles à la fois dans les cas où une personne ne peut pas sélectionner un mouvement à initier, comme la maladie de Parkinson, ainsi que dans ceux dans lesquels quelqu'un ne peut pas arrêter les actions répétitives, telles que le trouble obsessionnel-compulsif (TOC) ou la toxicomanie.
«Parce que nous ne pouvons pas faire plus d'une chose à la fois, le cerveau prend constamment des décisions sur ce qu'il faut faire ensuite», explique Xin Jin, professeur adjoint au laboratoire de neurobiologie moléculaire de Salk et auteur principal de l'article. «Dans la plupart des cas, notre cerveau contrôle ces décisions à un niveau plus élevé que de parler directement à des muscles particuliers, et c'est ce que mon laboratoire veut surtout mieux comprendre.»
Lorsque nous décidons d'effectuer une action volontaire, comme nouer nos lacets, la partie externe de notre cerveau (le cortex) envoie un signal à une structure plus profonde appelée striatum, qui reçoit de la dopamine pour orchestrer la séquence des événements: se pencher, saisir le lacets, nouant les nœuds. Les maladies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson endommagent les neurones libérant de la dopamine, altérant la capacité d'une personne à exécuter une série de commandes. Par exemple, si vous demandez aux patients atteints de la maladie de Parkinson de dessiner une forme en V, ils peuvent tracer la ligne descendante très bien ou la ligne montante très bien. Mais ils ont de grandes difficultés à passer d'une direction à l'autre, et passent beaucoup plus de temps à la transition. Avant que les chercheurs puissent développer des thérapies ciblées pour de telles maladies, ils doivent comprendre exactement quelle est la fonction de la dopamine à un niveau neurologique fondamental dans le cerveau normal.
L'équipe de Jin a conçu une étude dans laquelle des souris ont choisi d'appuyer sur l'un des deux leviers pour obtenir une friandise sucrée. Les leviers se trouvaient sur le côté droit et gauche d'une chambre construite sur mesure, avec le distributeur de friandises au milieu. Les leviers se sont rétractés de la chambre au début de chaque essai et sont réapparus après deux ou huit secondes. Les souris ont rapidement appris que lorsque les leviers réapparaissaient après le temps plus court, appuyer sur le levier gauche donnait une friandise. Quand ils sont réapparus après le temps plus long, appuyer sur le levier droit a abouti à un régal. Ainsi, les deux côtés représentaient une situation simplifiée à deux choix pour les souris - ils se déplaçaient initialement vers le côté gauche de la chambre, mais si les leviers ne réapparaissaient pas dans un certain laps de temps, les souris se déplaçaient vers le côté droit en fonction sur décision interne.
«Cette conception particulière nous permet de poser une question unique sur ce qui se passe dans le cerveau lors de ce passage mental et physique d'un choix à un autre», explique Hao Li, un associé de recherche de Salk et co-premier auteur de l'article.
Pendant que les souris effectuaient les essais, les chercheurs ont utilisé une technique appelée voltamétrie cyclique à balayage rapide pour mesurer la concentration de dopamine dans le cerveau des animaux via des électrodes intégrées beaucoup plus fines qu'un cheveu humain. La technique permet une mesure à très fine échelle de temps (dans cette étude, l'échantillonnage a eu lieu 10 fois par seconde) et peut donc indiquer des changements rapides dans la chimie du cerveau. Les résultats de voltamétrie ont montré que les fluctuations du niveau de dopamine cérébrale étaient étroitement associées à la décision de l'animal. Les scientifiques ont en fait été capables de prédire avec précision le prochain choix de levier de l'animal en se basant uniquement sur la concentration de dopamine.
Il est intéressant de noter que d'autres souris qui ont reçu une friandise en appuyant sur l'un ou l'autre des leviers (supprimant ainsi l'élément de choix) ont connu une augmentation de la dopamine au fur et à mesure que les essais étaient en cours, mais en revanche, leurs niveaux sont restés au-dessus de la ligne de base (n'ont pas fluctué en dessous de la ligne de base) tout le temps, indiquant le rôle évolutif de la dopamine lorsqu'un choix est en jeu.
«Nous sommes très enthousiasmés par ces résultats car ils indiquent que la dopamine pourrait également être impliquée dans la décision en cours, au-delà de son rôle bien connu dans l'apprentissage», ajoute le co-premier auteur de l'article, Christopher Howard, un collaborateur de recherche de Salk.
Pour vérifier que le niveau de dopamine a provoqué le changement de choix, plutôt que d'être simplement associé à celui-ci, l'équipe a utilisé le génie génétique et des outils moléculaires - y compris l'activation ou l'inhibition des neurones avec de la lumière dans une technique appelée optogénétique - pour manipuler les niveaux de dopamine du cerveau des animaux en réel temps. Ils ont découvert qu'ils étaient capables de changer de manière bidirectionnelle les souris d'un choix de levier à l'autre en augmentant ou en diminuant les niveaux de dopamine.
Jin dit que ces résultats suggèrent que les niveaux de dopamine changeant dynamiquement sont associés à la sélection continue des actions. «Nous pensons que si nous pouvions restaurer la dynamique dopaminergique appropriée - dans la maladie de Parkinson, le TOC et la toxicomanie - les gens pourraient mieux contrôler leur comportement. C'est une étape importante pour comprendre comment y parvenir. »
En savoir plus: https://medicalxpress.com/news/2017-03-hard-choices-brain-dopamine.html#jCp
;