Les scientifiques ont découvert comment les connexions neuronales dans le cerveau contribuent à la prise de décision, révélée par une étude impliquant des souris naviguant dans un labyrinthe. Cette recherche, dirigée par des neuroscientifiques de la Harvard Medical School, est la première à intégrer l’analyse structurelle, fonctionnelle et comportementale pour comprendre les fondements neuronaux des choix. Crédit : Issues.fr.com
Une étude sur des souris donne un aperçu de la façon dont les neurones communiquent pendant le processus de prise de décision.
Les chercheurs ont découvert de nouvelles connaissances sur la manière dont les cellules cérébrales, ou neurones, interagissent lors de la prise de décision, et sur la manière dont les liens entre ces neurones pourraient renforcer une décision.
L’étude – menée sur des souris et dirigée par des neuroscientifiques de la Harvard Medical School – est la première à combiner des analyses structurelles, fonctionnelles et comportementales pour explorer comment les connexions neurone à neurone soutiennent la prise de décision.
Les résultats ont été récemment publiés dans la revue Nature.
« La façon dont le cerveau est organisé pour aider à prendre des décisions est une question fondamentale et importante, et les circuits neuronaux – comment les neurones sont connectés les uns aux autres – dans les zones cérébrales importantes pour la prise de décision ne sont pas bien compris », a déclaré Wei- Chung Allen Lee, professeur agrégé de neurobiologie à l’Institut Blavatnik du HMS et professeur de neurologie au Boston Children’s Hospital. Lee est co-auteur principal de l’article avec Christopher Harvey, professeur de neurobiologie au HMS, et Stefano Panzeri, professeur au centre médical universitaire de Hambourg-Eppendorf.
À gauche : vue d’une souris alors qu’elle parcourt un labyrinthe en forme de T en réalité virtuelle et décide dans quelle direction tourner. À droite : les données structurelles montrent des neurones codés par couleur aléatoire dans le cortex pariétal postérieur qui clignotent lorsqu’ils se déclenchent pendant la tâche du labyrinthe. Crédit : Aaron Kuan
Dans le cadre de la recherche, des souris ont été chargées de choisir le chemin à parcourir dans un labyrinthe pour trouver une récompense. Les chercheurs ont découvert que la décision d’une souris d’aller à gauche ou à droite activait des groupes séquentiels de neurones, aboutissant à la suppression des neurones liés au choix opposé.
Ces connexions spécifiques entre des groupes de neurones peuvent aider à prendre des décisions en fermant les voies neuronales pour des options alternatives, a déclaré Lee.
Une collaboration fructueuse est née
C’est une rencontre fortuite sur un banc à l’extérieur de leur immeuble lors d’un exercice d’incendie qui a amené Harvey et Lee à prendre conscience de la complémentarité de leur travail. Ce jour-là, ils ont noué une collaboration qui a propulsé la nouvelle œuvre.
Le laboratoire Harvey utilise des souris pour étudier les aspects comportementaux et fonctionnels de la prise de décision. Les expériences typiques consistent à placer une souris dans un labyrinthe de réalité virtuelle et à enregistrer l’activité neuronale au fur et à mesure qu’elle prend des décisions. De telles expériences ont montré que des ensembles de neurones distincts, mais entremêlés, se déclenchent lorsqu’un animal choisit la gauche ou la droite.
Lee travaille dans un nouveau domaine des neurosciences appelé connectomique, qui vise à cartographier de manière exhaustive les connexions entre les neurones du cerveau. L’objectif, dit-il, est de déterminer « quels neurones communiquent entre eux et comment les neurones sont organisés en réseaux ».
En combinant leur expertise, Harvey et Lee ont pu approfondir les différents types de neurones impliqués dans la prise de décision et la manière dont ces neurones sont connectés.
Choisir une direction
La nouvelle étude s’est concentrée sur une région du cerveau appelée cortex pariétal postérieur – ce que Lee décrit comme un « centre intégrateur » qui reçoit et traite les informations recueillies par plusieurs sens pour aider les animaux à prendre des décisions.
« Nous souhaitions comprendre comment la dynamique neuronale apparaît dans cette zone du cerveau importante pour la prise de décision en matière de navigation », a déclaré Lee.
« Nous recherchons des règles de connectivité, des principes simples qui constituent la base des calculs du cerveau lorsqu’il prend des décisions. »
Le laboratoire Harvey a enregistré l’activité neuronale alors que des souris parcouraient un labyrinthe en forme de T en réalité virtuelle. Un signal, survenu plusieurs secondes auparavant, indiquait aux souris si une récompense serait dans le bras gauche ou droit du T. Le laboratoire de Lee a utilisé de puissants microscopes pour cartographier les connexions structurelles entre les mêmes neurones enregistrées lors de la tâche du labyrinthe.
En combinant les modalités, les chercheurs ont distingué les neurones excitateurs – ceux qui activent d’autres cellules – des neurones inhibiteurs, qui suppriment d’autres cellules. Ils ont découvert qu’un ensemble spécifique de neurones excitateurs se déclenchait lorsqu’une souris décidait de tourner à droite, et que ces neurones « tournant à droite » activaient un ensemble de neurones inhibiteurs qui freinaient l’activité des neurones « tournant à gauche ». L’inverse s’est produit lorsqu’une souris a décidé de tourner à gauche.
« Comme l’animal exprime un choix, le câblage du circuit neuronal peut aider à stabiliser ce choix en supprimant les autres choix », a déclaré Lee. « Cela pourrait être un mécanisme qui aide un animal à maintenir une décision et empêche les ‘changements d’avis’. »
Les résultats doivent être confirmés chez l’homme, même si Lee s’attend à une certaine conservation à travers le monde. espèces.
Les chercheurs voient de nombreuses directions pour les recherches futures. L’une d’elles explore les connexions entre les neurones impliqués dans la prise de décision dans d’autres régions du cerveau.
Nous avons utilisé ces techniques expérimentales combinées pour trouver une règle de connectivité, et maintenant nous voulons en trouver d’autres », a déclaré Lee.
Les autres auteurs de l’article incluent Aaron Kuan, Giulio Bondanelli, Laura Driscoll, Julie Han, Minsu Kim, David Hildebrand, Brett Graham, Daniel Wilson et Logan Thomas.
La recherche a été financée par le NIH (R01NS108410 ; DP1MH125776 ; R01NS089521 ; RF1MH114047 ; F32MH118698 ; K99EB032217), le programme Bertarelli en neuroscience translationnelle et neuroingénierie, le Centre Edward R. et Anne G. Lefler pour l’étude des troubles neurodégénératifs et le Stanley Fondation H. et Theodora L. Feldberg.
L’Université Harvard a déposé une demande de brevet pour GridTape (WO2017184621A1) au nom de Lee, Hildebrand et Graham en tant qu’inventeurs et a négocié des accords de licence avec les partenaires intéressés.
