Comment le cerveau supprime-t-il l’envie d’agir, par exemple en attendant que le pistolet de départ saute des blocs de départ ?
La suppression de l’envie d’agir jusqu’à ce que le moment soit venu est un aspect crucial, souvent négligé, du comportement. Il suffit de penser à ce qui pourrait se passer si vous appuyiez sur l’accélérateur avant que le feu ne passe au vert. Comment le cerveau contrôle-t-il l’envie d’agir ?
C’est la course finale. Huit sprinters sont alignés sur la piste, les pieds tendus contre les blocs de départ. Ils entendent le compte à rebours : “Et puis, une fraction de seconde avant le coup de feu, un coureur saute en avant, se disqualifiant lui-même de la compétition. C’est dans ces moments-là qu’un aspect du comportement souvent négligé – la suppression de l’action – apparaît douloureusement.
Une étude publié sur aujourd’hui (6 juillet 2022) dans le journal Naturerévèle comment le cerveau nous empêche de sauter les étapes. “Nous avons découvert une zone du cerveau responsable de la conduite de l’action et une autre pour supprimer cette conduite. Nous pourrions également déclencher un comportement impulsif en manipulant les neurones de ces zones”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Joe Paton, directeur du programme de neurosciences Champalimaud au Portugal.
Des scientifiques du laboratoire d’apprentissage de la recherche Champalimaud ont découvert une réponse à la question de savoir comment nous supprimons l’envie d’agir jusqu’à ce que le moment soit venu – un interrupteur d’impulsivité dans le cerveau. Dans leur étude, publiée dans la revue Naturel’équipe présente une zone du cerveau responsable de l’action et une autre de la suppression de cette impulsion. Ils décrivent également comment la manipulation des neurones dans ces zones pourrait déclencher un comportement impulsif.
Résoudre une énigme
L’équipe de Paton a entrepris de résoudre une énigme née en partie des maladies de Huntington et de Parkinson. Ces maladies se manifestent par des troubles du mouvement dont les symptômes sont largement opposés. Les patients atteints de la maladie de Parkinson ont du mal à initier une action, tandis que les patients atteints de la maladie de Huntington souffrent de mouvements incontrôlés et involontaires. Il est surprenant de constater que ces deux maladies sont dues à un dysfonctionnement de la même région du cerveau : les ganglions de la base. Comment une même structure neuronale peut-elle supporter des fonctions contradictoires ?
Selon Paton, un indice précieux est ressorti d’études antérieures, qui ont mis en évidence deux circuits majeurs dans les ganglions de la base : les voies directes et indirectes. On pense que si l’activité de la voie directe favorise le mouvement, la voie indirecte le supprime. Cependant, la manière précise dont cette interaction s’effectue était largement inconnue.
Une tâche de chronométrage à rebondissements
Paton a adopté une approche unique du problème. Alors que les études précédentes portaient sur les ganglions de la base pendant le mouvement, l’équipe de Paton s’est concentrée sur la suppression active des actions.
L’équipe a conçu une tâche où les souris devaient déterminer si l’intervalle séparant deux sons était plus long ou plus court que 1,5 seconde. S’il était plus court, une récompense était offerte du côté gauche de la boîte, et s’il était plus long, elle était offerte du côté droit.
“La clé était que la souris devait rester parfaitement immobile pendant la période entre les deux tonalités”, a déclaré Bruno Cruz, un étudiant en doctorat dans le laboratoire. “Ainsi, même si l’animal était certain que le délai de 1,5 seconde était écoulé, il devait supprimer l’envie de bouger jusqu’à ce que le deuxième signal sonore retentisse, et seulement ensuite aller chercher la récompense.”
Un “interrupteur” d’impulsivité
Les chercheurs ont suivi l’activité neuronale des deux voies pendant que la souris effectuait la tâche. Comme dans les études précédentes, les niveaux d’activité étaient similaires lorsque la souris était en mouvement. Cependant, les choses ont changé pendant la période de suppression de l’action.
“De manière intéressante, contrairement à la coactivation que nous et d’autres avons observée pendant le mouvement, les modèles d’activité des deux voies étaient remarquablement différents pendant la période de suppression de l’action. L’activité de la voie indirecte était globalement plus élevée et elle augmentait continuellement pendant que la souris attendait le deuxième signal sonore”, a déclaré Cruz.
Selon les auteurs, cette observation suggère que la voie indirecte soutient de manière flexible les objectifs comportementaux de l’animal. “Au fur et à mesure que le temps passe, la souris devient plus confiante qu’elle se trouve dans un essai à ‘long intervalle’. Ainsi, il devient de plus en plus difficile de contenir son envie de bouger. Il est probable que cette augmentation continue de l’activité reflète cette lutte interne”, explique Cruz.
Inspiré par cette idée, Cruz a testé l’effet de l’inhibition de la voie indirecte. Cette manipulation a amené les souris à se comporter de manière plus impulsive.souvent, ce qui augmentait considérablement le nombre d’essais où ils se dirigeaient prématurément vers le port de récompense. Avec cette approche innovante, l’équipe a effectivement découvert un “interrupteur d’impulsivité”.
“Cette découverte a de vastes implications”, a déclaré Paton. “En plus de sa pertinence évidente pour les maladies de Parkinson et de Huntington, elle offre également une occasion unique d’étudier les conditions du contrôle des impulsions, comme la dépendance et le trouble obsessionnel-compulsif.”
A la recherche de l’envie d’agir
L’équipe a identifié une région du cerveau qui supprime activement l’envie d’agir, mais d’où vient cette envie ? Puisque l’on pense que la voie directe favorise l’action, le suspect immédiat était la voie directe de la même région. Cependant, le comportement de la souris n’a pratiquement pas été affecté lorsque les chercheurs l’ont inhibée.
“Nous savions que les souris avaient une forte envie d’agir parce que la suppression de la suppression favorisait les actions impulsives. Mais il n’était pas immédiatement clair où pouvait se trouver le site de promotion de l’action. Pour répondre à cette question, nous avons décidé de nous tourner vers la modélisation informatique”, se souvient Paton.
“Les modèles mathématiques sont extrêmement utiles pour donner un sens à des systèmes complexes, comme celui-ci”, ajoute Gonçalo Guiomar, doctorant dans le laboratoire. “Nous avons pris les connaissances accumulées sur les ganglions de la base, les avons formulées mathématiquement et avons testé comment le système traite l’information. Nous avons ensuite combiné la prédiction du modèle avec des preuves issues d’études antérieures et avons identifié un nouveau candidat prometteur : le striatum dorso-médian.”
L’hypothèse de l’équipe était correcte. L’inhibition des neurones de la voie directe dans cette nouvelle région était suffisante pour modifier le comportement de la souris. “Les deux régions sur lesquelles nous avons effectué des enregistrements sont situées dans une partie des ganglions de la base appelée le striatum. La première région est en charge des fonctions motrices et sensorielles dites de “bas niveau” et la seconde est dédiée aux fonctions de “haut niveau” telles que la prise de décision”, explique Guiomar.
De l’action à la tentation et au-delà
Les auteurs affirment que leurs résultats sont contraires à la perception générale du fonctionnement des ganglions de la base, qui est plus centralisée, et que leur modèle offre une nouvelle perspective sur le fonctionnement des ganglions de la base.
“Notre étude indique qu’il existe potentiellement de multiples circuits neuronaux dans le cerveau qui sont constamment en compétition pour savoir quelle action exécuter ensuite. Cet aperçu est important pour comprendre plus profondément le fonctionnement de ce système, ce qui est impératif pour traiter certains troubles du mouvement, mais il va encore plus loin”, a déclaré Paton. “Les observations issues des neurosciences sont au cœur de nombreuses techniques d’apprentissage automatique et d’IA. L’idée que la prise de décision peut se faire par l’interaction de nombreux circuits parallèles au sein d’un même système pourrait s’avérer utile pour concevoir de nouveaux types de systèmes intelligents”, a-t-il ajouté.
Enfin, Paton suggère que l’un des aspects les plus uniques de l’étude est peut-être sa capacité à accéder aux expériences cognitives internes. “L’impulsivité, la tentation… Ces processus internes sont parmi les choses les plus fascinantes que fait le cerveau, car ils reflètent notre vie intérieure. Mais ils sont aussi les plus difficiles à étudier, car ils ne présentent pas beaucoup de signes extérieurs que nous pouvons mesurer. La mise en place de cette nouvelle méthode a été un défi, mais nous disposons désormais d’un outil puissant pour étudier les mécanismes internes, tels que ceux qui interviennent dans la résistance et la soumission à la tentation”, conclut Paton.
Référence : 6 juillet 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-04894-9