Prix Cerveau en tête: Candice Lee

Les techniques d’imagerie cérébrale en direct révèlent comment le cortex moteur primaire réagit à la récompense pour optimiser l’apprentissage.

 

Une région du cerveau appelée cortex moteur primaire (M1) est un site critique pour l’apprentissage des compétences motrices (comme faire du vélo). En outre, on sait que la récompense accélère et améliore l’apprentissage moteur, mais on ne comprend pas comment la récompense exerce ces effets. Bien qu’il ait été démontré précédemment que la récompense active les neurones dans le M1 des primates, les types de cellules présentant cette activité n’étaient pas connus. Candice Lee, doctorante à l’Université d’Ottawa, a mené une étude utilisant des techniques d’imagerie cérébrale en direct sur des souris pendant qu’elles apprenaient une tâche et a démontré que différents types de cellules ont effectivement des réponses distinctes aux indices de récompense et de prédiction de récompense et que ces réponses évoluent différemment avec l’apprentissage.

Dans cette expérience, un indice sonore spécifique était lié à une récompense, et les chercheurs savaient que les souris avaient appris l’association lorsqu’ils observaient qu’elles se léchaient par anticipation pour obtenir la récompense lorsqu’elles entendaient le son. Cela a permis aux chercheurs d’utiliser une technique d’imagerie en direct, appelée imagerie calcique à deux photons in vivo, pour étudier quels types de neurones spécifiques étaient activés au cours de cette tâche de conditionnement classique. Ils ont démontré que les neurones excitateurs et les sous-types d’interneurones GABAergiques inhibiteurs, les interneurones exprimant PV, SST et VIP ont tous des réponses distinctes à la fois à la récompense et aux indices liés à la récompense. En outre, les différents types de cellules neuronales ont subi des changements différentiels au fur et à mesure que l’animal progressait dans l’apprentissage associatif basé sur la récompense. Alors que les neurones excitateurs répondaient initialement à la récompense, les réponses à la récompense ont été réduites après l’apprentissage associatif. Fait remarquable, les interneurones PV répondaient préférentiellement aux indices liés à la récompense plutôt qu’à la récompense elle-même, et devenaient plus réactifs avec l’apprentissage associatif, ce qui suggère que les interneurones PV pourraient avoir un rôle spécialisé dans l’activité préparatoire pendant l’attente de la récompense. En revanche, les interneurones VIP, qui sont spécialisés dans l’inhibition d’autres interneurones inhibiteurs et sont donc désinhibiteurs, répondaient de préférence à la récompense elle-même et devenaient plus réactifs à la récompense avec l’apprentissage. Les changements dans l’activité des interneurones PV et VIP n’ont pas été observés en l’absence de récompense ou si la récompense était donnée au hasard, ce qui dénote une spécificité de l’apprentissage associatif. L’ensemble de ces résultats démontre que la récompense est fidèlement représentée dans M1, bien qu’il se trouve en dehors des régions canoniques de traitement de la récompense. Cela suggère que pendant l’apprentissage associatif basé sur la récompense, les interneurones VIP agissent comme une porte, la récompense activant les interneurones VIP pour désinhiber les neurones pyramidaux et permettre des changements plastiques.

Cette publication relie et développe de nombreux résultats dans les domaines du traitement de la récompense et de l’apprentissage moteur. Étant donné que l’activation de différents types de cellules exerce des effets opposés et précis sur les circuits locaux, l’élucidation de l’activité spécifique des types de cellules est une étape essentielle pour comprendre comment la récompense affecte l’activité du cortex moteur. On espère que les mécanismes découverts dans cette étude pourront être exploités pour améliorer l’apprentissage moteur après la perte des capacités motrices, par exemple à la suite d’un accident vasculaire cérébral ou d’une lésion cérébrale traumatique, éventuellement par le biais de thérapies ciblées sur les interneurones VIP.

À propos de Candice Lee

Candice Lee a rejoint le laboratoire du Dr Simon Chen en tant qu’étudiante en doctorat et a été le premier membre du nouveau laboratoire. Pendant cette période, elle a mis au point l’imagerie calcique à deux photons et imagé l’activité de centaines de cellules dans le cerveau d’animaux qui se comportent bien, comme le décrit cette étude. Candice et le Dr Chen ont conçu le projet. Candice a réalisé les expériences et l’analyse des données, à l’exception de la figure 3, qui a été réalisée par des collaborateurs du laboratoire du Dr Richard Naud. Elle a également dirigé la rédaction du manuscrit avec le Dr Chen. Candice a obtenu son doctorat en 2022 et est actuellement postdoctorante à l’Université d’Oxford au Royaume-Uni.

Sources de financement

Simon Chen de la Chaire de recherche du Canada (CRC) (subvention n° 950-231274) et du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) (subvention n° 05308), ainsi qu’une subvention de Richard Naud du CRSNG (subvention n° 06972). Emerson Harkin a bénéficié d’une bourse d’études supérieures du CRSNG. Candice Lee a bénéficié d’une bourse d’études supérieures de l’Ontario et d’une bourse d’études supérieures de la Reine Elizabeth II.