Une expérience de réalité virtuelle avec des rats offre de nouvelles perspectives sur la façon dont les neurones permettent l’apprentissage –


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  • Les scientifiques ont compris depuis longtemps que la région du cerveau appelée hippocampe est importante pour la mémoire, l’apprentissage et la navigation.

    Aujourd’hui, les scientifiques d’un laboratoire de l’UCLA dirigé par le neurophysicien Mayank Mehta acquièrent une meilleure compréhension du fonctionnement de l’hippocampe au niveau du circuit, c’est-à-dire des fonctions impliquant des réseaux de millions de neurones. Cette connaissance pourrait être une étape importante vers le développement de traitements pour les troubles neurologiques tels que la maladie d’Alzheimer, la schizophrénie et l’épilepsie, qui sont tous liés à un dysfonctionnement de l’hippocampe.

    Dans leur dernière étude, publiée dans la revue La nature, les scientifiques ont étudié des rats dans un labyrinthe de réalité virtuelle. En observant les activités d’un grand nombre de neurones individuels dans l’hippocampe de chaque animal, les scientifiques ont découvert des réponses dans ces neurones qui ont révélé un mécanisme spécifique de navigation.

    “L’hippocampe est l’une des premières régions à être affectée par les maladies basées sur la mémoire comme la maladie d’Alzheimer”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Jason Moore, un ancien chercheur postdoctoral de l’UCLA qui est maintenant à l’Université de New York. “Il est donc crucial de comprendre sa fonctionnalité, sa flexibilité et ses limites.”

    L’étude pourrait aider à expliquer pourquoi les personnes atteintes de lésions de l’hippocampe luttent non seulement avec des tâches dites spatiales, comme retrouver le chemin du domicile ou retrouver un jeu de clés perdu, mais aussi avec des tâches de mémoire, comme se souvenir de ce qu’elles ont mangé pour le déjeuner ou s’ils prenaient leurs médicaments quotidiens.

    L’expérience a utilisé un type de système de réalité virtuelle qui a été développé dans le laboratoire de Mehta. La technologie est destinée à garder les animaux à l’aise et à éviter de provoquer des étourdissements et d’autres symptômes que d’autres systèmes de réalité virtuelle peuvent déclencher.

    Pour l’étude, des rats ont été placés sur un petit tapis roulant à l’intérieur d’une boîte avec des images d’un labyrinthe projetées sur les parois du conteneur. Les rats ont été encouragés à courir dans le labyrinthe pour trouver leur récompense, une goutte d’eau sucrée. Pour atteindre la récompense, les rats devaient discerner où ils se trouvaient par rapport aux objets virtuels qui les entouraient, où ils devaient aller pour recevoir leurs récompenses et à quelle distance se trouvait la destination.

    Plusieurs animaux ont été testés au cours de nombreuses sessions, permettant aux chercheurs d’observer comment les réponses des neurones ont changé à mesure que les rats apprenaient à naviguer dans le labyrinthe.

    Les scientifiques ont observé que les neurones de l’hippocampe encodaient plusieurs aspects de l’emplacement de l’animal – où il se trouve dans l’espace, l’angle de son corps par rapport à sa récompense et la distance à laquelle il s’est déplacé le long de son chemin – un phénomène appelé “multiplexage”.

    Cette découverte est importante car on pensait généralement que les neurones de l’hippocampe ne codent que pour la position.

    “Nous avons découvert que dans le labyrinthe virtuel, les neurones transportent très peu d’informations sur la position du rat”, a déclaré Mehta, professeur de neurologie, de neurobiologie et de physique à l’UCLA. “Au lieu de cela, la plupart des neurones codent pour d’autres aspects de la navigation, tels que la distance parcourue et la direction dans laquelle le corps se dirige.”

    Les scientifiques ont également observé qu’au fur et à mesure que les rats acquéraient de l’expérience dans le labyrinthe, leurs neurones se « souvenaient » du labyrinthe de manière encore plus fiable et précise.

    Des recherches dans le laboratoire de Mehta et ailleurs au cours des 25 dernières années ont montré que de tels changements dans l’activité des neurones – ou neuroplasticité – se produisent via un processus que les neuroscientifiques appellent l’apprentissage hebbien. Ce processus est médié par un neurochimique appelé NMDA, qui est une cible courante pour les médicaments utilisés pour traiter les troubles neurologiques.

    Mehta a déclaré que les scientifiques de la neuroplasticité observés chez les rats sont probablement dus à l’apprentissage Hebbian à travers des milliards de synapses. Cette conclusion a été encore prouvée lorsque les chercheurs ont injecté aux animaux des substances pour inhiber leur NMDA, ce qui a altéré leurs performances dans le labyrinthe.

    “Remarquablement, la neuroplasticité était bien plus grande dans l’environnement de réalité virtuelle que dans des labyrinthes plus simples et réels”, a déclaré Mehta. “En outre, cette neuroplasticité stimulée était liée à la performance.”

    Les co-auteurs Jesse Cushman, Lavanya Acharya et Brianna Popeny, tous de l’UCLA, ainsi que plusieurs étudiants de premier cycle de l’UCLA ont également contribué à la recherche.

    Dans de futures études, Mehta et ses collègues mèneront des recherches similaires sur des rats et sur des humains souffrant de troubles de la mémoire, afin de tester la réalité virtuelle qui peut être utilisée pour un diagnostic précoce et pour évaluer l’efficacité des médicaments.

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