Des chercheurs de l’Institut HUN-REN ont découvert que des neurones inhibiteurs spécifiques du cerveau, appelés neurones HDB-PV, jouent un rôle essentiel dans l’apprentissage des expériences négatives. Ces neurones améliorent les processus cognitifs et sont essentiels pour attirer l’attention et faciliter l’apprentissage en réponse à des stimuli aversifs. Crédit : Issues.fr
Une étude en neurosciences identifie des neurones cérébraux spécifiques qui sont essentiels pour apprendre à partir de stimuli négatifs, soulignant ainsi leur rôle potentiel dans la santé mentale.
Nous disons souvent « Je ne ferai plus ça » lorsque nous sommes confrontés à des commentaires négatifs, à des effets indésirables ou à des résultats décevants. De ces expériences, nous essayons d’apprendre.
Comment le cerveau facilite-t-il ce type d’apprentissage ? Les renforcements positifs et négatifs sont des mécanismes cruciaux au sein du système de valorisation du cerveau. Les neurones libérant le neurotransmetteur dopamine signifient des résultats meilleurs ou pires que prévu en augmentant ou en diminuant leur activité. Parallèlement, il est de plus en plus évident que d’autres parties du cerveau gèrent différemment le « négatif » et le « positif ».
Éveil et attention dans les expériences négatives
Les expériences négatives provoquent souvent un effet d’excitation important, activant des parties spécifiques du néocortex. Cette activation nous aide à nous concentrer sur les caractéristiques pertinentes et à tirer les leçons de l'expérience, un concept connu sous le nom d'« attention pour l'apprentissage aversif ».
Des chercheurs de l’Institut de médecine expérimentale HUN-REN, dirigés par Balazs Hangya, ont exploré quelles régions du cerveau et quels types de neurones sont impliqués dans l’apprentissage aversif. Leur étude, publiée dans Communications naturellesrévèle que les neurones inhibiteurs projetant à longue portée qui expriment la protéine parvalbumine (PV) dans le membre horizontal de la bande diagonale de Broca (HDB) jouent un rôle crucial dans ce processus.
Les axones exprimant la parvalbumine (jaune) entrent en contact avec un neurone cholinergique (cyan) dans le septum médial. Crédit : Panna Hegedüs. D’après Hegedüs et al., 2024, Nature Communications.
Fonctionnalité des neurones et résultats expérimentaux
Ces neurones HDB-PV, connus pour leur activité rapide, transmettent des effets excitants au néocortex et contrôlent les oscillations gamma essentielles aux fonctions cognitives. Par conséquent, ils sont apparus comme de bons candidats pour médier « l’attention à l’apprentissage aversif ». L'équipe de Hangya a montré que ces neurones sont en effet recrutés par des événements aversifs chez des souris expérimentales, comme une bouffée d'air inattendue sur le visage que les souris s'efforcent d'éviter, ou l'odeur d'un prédateur craintif.
Les effets des événements aversifs
Les événements aversifs activent toute une série de voies, entraînant une série de conséquences dans le cerveau. Premièrement, ils favorisent des comportements d’évitement qui réduisent le risque de subir des impacts négatifs. Deuxièmement, ils améliorent l’éveil et l’attention en activant les parties concernées du néocortex, aidant ainsi l’organisme à faire face à la situation. Troisièmement, ils facilitent l’apprentissage pour éviter ou atténuer des scénarios futurs similaires.
Panna Hegedüs, le premier auteur de l’étude, a noté : « Apprendre de l’expérience négative est une stratégie de survie ancienne et profondément enracinée. Cela peut même annuler les effets du renforcement positif.
Aperçus de l'optogénétique
L'équipe de Hangya a utilisé une technologie appelée optogénétique, qui peut rendre des types de cellules spécifiques, en l'occurrence les neurones HDB-PV, sensibles à la lumière. Ces techniques permettent une activation ou une suppression précise de l'activité des neurones par l'envoi programmé de lumière dans le tissu cérébral via de petites fibres optiques. Ils ont découvert que l’activation des neurones HDB-PV ne provoquait pas de comportement d’évitement chez la souris, ce qui suggère que cette voie n’est pas impliquée dans l’évitement actif comme la recherche d’un abri, mais qu’elle médiatise plus probablement l’attention et/ou les aspects d’apprentissage induits par des stimuli aversifs.
En effet, lorsqu’elles bloquaient optogénétiquement les réponses des neurones aux bouffées d’air du visage, les souris ne parvenaient pas à apprendre des stimuli auditifs prédictifs discriminants prévoyant des bouffées d’air probables ou improbables. Cette expérience a démontré que les neurones HDB-PV sont nécessaires pour apprendre des stimuli aversifs.
Circuits neuronaux et réponses comportementales
Les neurones n’agissent pas de manière isolée mais font partie de circuits complexes comportant diverses voies d’entrée et de sortie. L'équipe de Hangya, avec Gabor Nyiri et ses collègues du même institut, a cartographié les entrées et sorties des neurones HDB-PV. Ils ont découvert que ces cellules intègrent de multiples sources d’informations aversives, notamment des voies importantes provenant de l’hypothalamus et des noyaux du raphé du tronc cérébral. À leur tour, ils transmettent des informations intégrées au système dit limbique, largement responsable des réponses comportementales et émotionnelles, y compris le système septo-hippocampique important pour le stockage et le rappel des souvenirs épisodiques.
De plus, les cellules HDB-PV inhibitrices ciblent principalement d’autres neurones inhibiteurs dans ces régions, soulageant ainsi probablement les cellules excitatrices de l’inhibition et leur permettant d’être plus actives – un mécanisme cérébral omniprésent appelé désinhibition.
Conclusion et implications pour la santé mentale
L'étude suggère que les neurones HDB-PV inhibiteurs à longue portée sont recrutés par des stimuli aversifs pour remplir des fonctions d'apprentissage associatives cruciales en augmentant l'excitabilité corticale au niveau de zones cibles spécifiques, probablement par désinhibition. Ainsi, au moins pour les stimuli aversifs, les neurones HDB-PV pourraient être le substrat physique du concept « d'attention pour l'apprentissage ».
« La dérégulation du traitement des valences positives et négatives peut être observée dans différents troubles psychiatriques, notamment l’anxiété et la dépression. Il est donc crucial de comprendre comment la valence négative est codée dans le cerveau et comment elle contribue à l’apprentissage », conclut Hegedüs.
