De nouvelles recherches révèlent que l’apprentissage dans le cerveau se produit non seulement lorsqu’il y a des récompenses externes comme de la nourriture ou de l’argent, mais aussi naturellement grâce au flux et reflux constants de dopamine et d’acétylcholine. Les chercheurs ont découvert que cet équilibre hormonal est continu et indépendant des récompenses, offrant potentiellement de nouvelles perspectives sur les troubles neuropsychiatriques.
Les résultats pourraient expliquer comment les souvenirs se forment tout au long de la journée.
Les scientifiques croient depuis longtemps que les récompenses telles que la nourriture ou l’argent stimulent l’apprentissage en déclenchant la libération de dopamine, une hormone associée au plaisir et au renforcement positif. Cependant, une étude récente sur les rongeurs suggère que l’apprentissage peut toujours avoir lieu même sans récompense immédiate.
Menée par une équipe de la NYU Grossman School of Medicine, l’étude a examiné l’interaction entre la dopamine et l’acétylcholine, une autre substance chimique du cerveau impliquée dans l’apprentissage et la mémoire. Des études antérieures ont indiqué que ces deux hormones ont une relation inverse ; une augmentation de l’un entraîne une diminution de l’autre. On pensait auparavant que les récompenses facilitaient l’apprentissage en augmentant simultanément les niveaux de dopamine tout en réduisant l’acétylcholine.
On pense que ce déséquilibre hormonal soudain ouvre une fenêtre d’opportunité permettant aux cellules cérébrales de s’adapter à de nouvelles circonstances et de former des souvenirs pour une utilisation ultérieure. Connu sous le nom de neuroplasticité, ce processus est une caractéristique majeure de l’apprentissage ainsi que de la récupération après une blessure. Cependant, la question restait de savoir si la nourriture et les autres récompenses externes étaient les seuls moteurs de ce système de mémoire, ou si notre cerveau était plutôt capable de créer les mêmes conditions favorables à l’apprentissage sans aide extérieure.
Pour apporter une certaine clarté, les auteurs de l’étude se sont concentrés sur quand et dans quelles circonstances les niveaux de dopamine sont élevés en même temps que les niveaux d’acétylcholine sont faibles. Ils ont constaté que cette situation se produit fréquemment, même en l’absence de récompenses. En fait, il s’avère que les hormones fluctuent constamment dans le cerveau, les niveaux de dopamine augmentant régulièrement tandis que les niveaux d’acétylcholine sont faibles, ouvrant la voie à un apprentissage continu.
« Nos résultats remettent en question la compréhension actuelle de quand et comment la dopamine et l’acétylcholine travaillent ensemble dans le cerveau », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Anne Krok, PhD. « Plutôt que de créer des conditions uniques d’apprentissage, les récompenses profitent d’un mécanisme déjà en place et constamment à l’œuvre », a ajouté Krok, qui est également étudiant en médecine à la NYU Grossman School of Medicine.
Pour la recherche, récemment publiée dans la revue Nature, l’équipe d’étude a donné à des dizaines de souris accès à une roue sur laquelle elles pouvaient courir ou se reposer à volonté. À l’occasion, les chercheurs ont offert à boire de l’eau aux animaux. Ensuite, ils ont enregistré l’activité cérébrale des rongeurs et mesuré la quantité de dopamine et d’acétylcholine libérée à différents moments.
Comme prévu, les boissons sucrées ont créé les schémas typiques de libération de dopamine et d’acétylcholine provoqués par les récompenses. Cependant, l’équipe a également observé que bien avant de recevoir des friandises à l’eau, la dopamine et l’acétylcholine suivaient déjà des cycles de « flux et reflux » environ deux fois par seconde, au cours desquels les niveaux d’une hormone baissaient tandis que l’autre augmentait. Krok note que cette tendance s’est poursuivie, que les rongeurs courent ou soient immobiles. Des ondes cérébrales similaires ont été observées chez les humains pendant les périodes d’introspection et de repos, ajoute-t-elle.
« Ces résultats pourraient aider à expliquer comment le cerveau apprend et répète tout seul, sans avoir recours à des incitations externes », a déclaré l’auteur principal de l’étude et neuroscientifique Nicolas Tritsch, Ph.D. « Peut-être que ce circuit pulsé amène le cerveau à réfléchir sur les événements passés et à en tirer des leçons. »
Cela dit, Tritsch, professeur adjoint au département de neurosciences et de physiologie de NYU Langone Health, prévient que leurs recherches n’ont pas été conçues pour déterminer si le cerveau des souris traite les informations de la même manière que le cerveau humain au cours de cet apprentissage « autonome ». comme il le décrit.
Néanmoins, dit-il, les résultats de l’étude pourraient également offrir un aperçu de nouvelles façons de comprendre les troubles neuropsychiatriques liés à des niveaux incorrects de dopamine, comme la schizophrénie, le trouble déficitaire de l’attention/hyperactivité (TDAH), et la dépression.
Dans la schizophrénie, par exemple, les patients ont souvent des idées délirantes qui contredisent la réalité. Si le circuit dopamine-acétylcholine renforce constamment les connexions dans le cerveau, dit Tritsch, alors des problèmes avec ce mécanisme pourraient conduire à la formation de connexions trop nombreuses et incorrectes, les amenant à « apprendre » des événements qui ne se sont pas réellement produits.
De même, le manque de motivation est un symptôme courant de la dépression, ce qui rend difficile l’exécution de tâches de base telles que se lever du lit, se brosser les dents ou aller au travail. Il est possible qu’une perturbation du système de disque interne contribue à ces problèmes, disent les auteurs.
En conséquence, Tritsch indique que l’équipe de recherche prévoit ensuite d’examiner le comportement des cycles dopamine-acétylcholine dans des modèles animaux de telles maladies mentales, ainsi que pendant le sommeil, ce qui est important pour la consolidation de la mémoire.
Le financement de l’étude a été assuré par Instituts nationaux de la santé accorde DP2NS105553, R01MH130658, T32NS086750, T32GM007308 et T32GM136573. Un financement supplémentaire a été fourni par la Fondation Alfred P. Sloan, la Fondation Danna, la Fondation Whitehall, les Feldstein Medical Foundations et le Vilcek Scholars Award.
Outre Krok et Tritsch, les autres enquêteurs impliqués dans l’étude étaient Marta Maltese, Ph.D. ; Pratik Mistry, MS ; à NYU Langone et Xiaolei Miao, Ph.D. ; et Yulong Li, Ph.D., à l’École des sciences de la vie de l’Université de Pékin à Pékin.
