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246. NEUROSCIENCES

La Plasticité Cognitive : comment le cerveau apprend de nouvelles règles pour naviguer dans un monde en mutation

Résumé : Dans la vie de tous les jours, notre cerveau s'adapte à de nouvelles situations en utilisant le cortex préfrontal. Une équipe de neuroscientifiques a découvert une classe spéciale de neurones dans le cortex préfrontal qui permettent un comportement flexible et, en cas de dysfonctionnement, peuvent contribuer à des conditions telles que la schizophrénie et le trouble bipolaire. Ces connexions inhibitrices à longue portée synchronisent les oscillations gamma à travers le cortex préfrontal gauche et droit, permettant au cerveau de modifier son comportement au bon moment. Cette recherche pourrait conduire à de nouveaux traitements pour les troubles psychiatriques en ciblant ces connexions inhibitrices à longue portée.

Source: La conversation

Être flexible et apprendre à s'adapter lorsque le monde change est quelque chose que vous pratiquez tous les jours. Que vous rencontriez un nouveau chantier de construction et que vous deviez rediriger votre trajet ou télécharger une nouvelle application de streaming et que vous deviez réapprendre à trouver votre émission préférée, changer les comportements familiers en réponse à de nouvelles situations est une compétence essentielle.

 

Pour effectuer ces adaptations, votre cerveau modifie ses schémas d'activité au sein d'une structure appelée cortex préfrontal - une zone du cerveau essentielle pour les fonctions cognitives telles que l'attention, la planification et la prise de décision. Mais quels circuits spécifiques «disent» au cortex préfrontal de mettre à jour ses modèles d'activité afin de changer de comportement sont inconnus.

Crédit : Défi neuroscientifique

Nous sommes une équipe de neuroscientifiques qui étudient comment le cerveau traite l'information et ce qui se passe lorsque cette fonction est altérée. Dans notre recherche récemment publiée, nous avons découvert une classe spéciale de neurones dans le cortex préfrontal qui peuvent permettre un comportement flexible et, lorsqu'ils fonctionnent mal, peuvent conduire à des conditions telles que la schizophrénie et le trouble bipolaire.

 

Neurones inhibiteurs et apprentissage de nouvelles règles

Les neurones inhibiteurs freinent l'activité des autres neurones du cerveau. Les chercheurs ont traditionnellement supposé qu'ils n'envoyaient leurs sorties électriques et chimiques qu'aux neurones proches. Cependant, nous avons trouvé une classe particulière de neurones inhibiteurs dans le cortex préfrontal qui communiquent sur de longues distances avec les neurones de l'hémisphère opposé du cerveau.

Nous nous sommes demandé si ces connexions inhibitrices à longue portée sont impliquées dans la coordination des changements dans les modèles d'activité à travers le cortex préfrontal gauche et droit. Ce faisant, ils pourraient fournir les signaux critiques qui vous aideront à changer votre comportement au bon moment.

Pour tester la fonction de ces connexions inhibitrices à longue portée, nous avons observé des souris effectuant une tâche qui les obligeait à apprendre une règle pour recevoir une récompense, puis à s'adapter plus tard à une nouvelle règle afin de continuer à recevoir la récompense. Dans cette tâche, les souris ont creusé dans des bols pour trouver de la nourriture cachée. Au départ, l'odeur de l'ail ou la présence de sable dans un bol peut indiquer l'emplacement de la nourriture cachée. Le signal spécifique associé à la récompense changerait plus tard, forçant les souris à apprendre une nouvelle règle.

 

240 neurosciences

Une classe de neurones inhibiteurs peut établir des connexions à longue distance entre les deux hémisphères du cerveau. Crédit : Neuroscience News

 

Nous avons constaté que le fait de faire taire les connexions inhibitrices à longue portée entre le cortex préfrontal gauche et droit entraînait le blocage ou la persévérance des souris sur une règle et les empêchait d'en apprendre de nouvelles. Ils ont été incapables de changer de vitesse et ont appris que l'ancien signal n'avait plus de sens et que le nouveau signal signalait de la nourriture.

 

Ondes cérébrales et comportement flexible

Nous avons également fait des découvertes surprenantes sur la façon dont ces connexions inhibitrices à longue portée créent une flexibilité comportementale. Plus précisément, ils synchronisent un ensemble d '«ondes cérébrales» appelées oscillations gamma à travers les deux hémisphères. Les oscillations gamma sont des fluctuations rythmiques de l'activité cérébrale qui se produisent environ 40 fois par seconde.

Ces fluctuations peuvent être détectées au cours de nombreuses fonctions cognitives, comme lors de l'exécution d'une tâche qui nécessite de conserver des informations dans votre mémoire ou de faire différents mouvements en fonction de ce que vous voyez sur un écran d'ordinateur.

Bien que les scientifiques aient observé la présence d'oscillations gamma pendant de nombreuses décennies, leur fonction a été controversée. De nombreux chercheurs pensent que la synchronisation de ces fluctuations rythmiques dans différentes régions du cerveau ne sert à rien. D'autres ont émis l'hypothèse que la synchronisation entre différentes régions du cerveau améliore la communication entre ces régions.

Crédit : SciShow Psych

Nous avons trouvé un rôle potentiel complètement différent pour la synchronisation gamma. Lorsque des connexions inhibitrices à longue portée synchronisent les oscillations gamma à travers le cortex préfrontal gauche et droit, elles semblent également bloquer la communication entre elles .

Lorsque les souris apprennent à ignorer une règle précédemment établie qui ne mène plus à une récompense, ces connexions synchronisent les oscillations gamma et semblent empêcher un hémisphère de maintenir des schémas d'activité inutiles dans l'autre.

En d'autres termes, les connexions inhibitrices à longue portée semblent empêcher les apports d'un hémisphère de "gêner" l'autre lorsqu'il essaie d'apprendre quelque chose de nouveau.

Par exemple, le cortex préfrontal gauche peut "rappeler" au cortex préfrontal droit votre itinéraire habituel pour vous rendre au travail. Mais lorsque des connexions inhibitrices à longue portée synchronisent ces deux zones, elles semblent également éteindre ces rappels et permettre à de nouveaux schémas d'activité cérébrale correspondant à votre nouveau trajet de s'installer.

Enfin, ces connexions inhibitrices à longue portée déclenchent également des effets durables . La coupure de ces connexions une seule fois a causé des problèmes aux souris pour apprendre de nouvelles règles plusieurs jours plus tard. À l'inverse, la stimulation rythmique de ces connexions pour synchroniser artificiellement les oscillations gamma peut inverser ces déficits et rétablir un apprentissage normal.

 

Flexibilité cognitive et schizophrénie

Les connexions inhibitrices à longue portée jouent un rôle important dans la flexibilité cognitive. L'incapacité à mettre à jour de manière appropriée les règles apprises précédemment est une forme caractéristique de déficience cognitive dans les troubles psychiatriques tels que la schizophrénie et le trouble bipolaire.

La recherche a également observé des déficiences dans la synchronisation gamma et des anomalies dans une classe de neurones inhibiteurs préfrontaux, qui comprend ceux que nous avons étudiés, chez les personnes atteintes de schizophrénie. Dans ce contexte, notre étude suggère que les traitements qui ciblent ces connexions inhibitrices à longue portée peuvent aider à améliorer la cognition chez les personnes atteintes de schizophrénie en synchronisant les oscillations gamma.

De nombreux détails sur la façon dont ces connexions affectent les circuits cérébraux restent inconnus. Par exemple, nous ne savons pas exactement quelles cellules du cortex préfrontal reçoivent des informations de ces connexions inhibitrices à longue portée et modifient leurs schémas d'activité pour apprendre de nouvelles règles. Nous ne savons pas non plus s'il existe des voies moléculaires spécifiques qui produisent les changements durables de l'activité neuronale.

Répondre à ces questions pourrait révéler comment le cerveau bascule de manière flexible entre le maintien et la mise à jour d'anciennes informations et pourrait conduire à de nouveaux traitements pour la schizophrénie et d'autres troubles psychiatriques.

 

À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences

Auteur : Vikaas Sohal et Kathleen Cho
Source : The Conversation
Contact : Vikaas Sohal et Kathleen Cho – The Conversation
Image : L'image est créditée à Neuroscience News

 

Juin 2023

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