Les grandes réussites en RDT - Des prothèses à commande mentale pour bientôt?
Certaines actions entreprises par l'homme sont innées ou pré-connectées, comme la déglutition, la respiration ou même le nettoyage corporel. D'autres sont graduellement acquises pendant la vie par tâtonnement. Le projet Neuroaction («Neural mechanisms of action learning in mouse models») financé par l'UE a étudié les changements neurologiques (au niveau du cerveau, de la moelle épinière et du système nerveux) qui se passent lorsque qu'une nouvelle action est apprise par la réaction aux stimuli, aux faits et aux évènements. Les résultats du projet apportent un peu d'espoir aux malades atteints de conditions neurodégénératives comme la maladie d'Huntington ou de Parkinson et pourraient offrir aux personnes souffrant de lésions à la moelle épinière, d'amputation ou d'autres handicaps la possibilité de recouvrir leur mobilité par l'utilisation de prothèses à commande mentale. L'équipe de Neuroaction a tenté de trouver des réponses à la manière dont le cerveau initie et génère différentes actions; comment il améliore la précision et la vitesse d'actions par expérimentations; et comment le cerveau apprend que des actions particulières mènent à des objectifs et résultats particuliers, et comment tout cela contribue à l'acquisition d'habitudes. L'homme apprend une action avec un objectif, et cette action apprise se transforme peu à peu en habitude, une bonne illustration de cela en est quand vous conduisez de votre lieu de travail à votre domicile. Cela était particulièrement intéressant pour l'équipe du projet dans le contexte de leurs recherches sur la compréhension des mécanismes sous-jacents de l'addiction. «Les résultats de cette recherche nous permettront de comprendre comment les compétences deviennent automatiques et se transforment en habitude, et comment nous procédons à la prise de décisions dans la vie quotidienne», explique le Dr Rui Costa, du projet Neuroaction. «Ils nous permettront également de comprendre les compulsions et les addictions, étant donné que de nombreuses drogues et médicaments toxicomanogènes interviennent dans ces circuits.» L'apprentissage de nouvelles compétences se déroule dans une partie spécifique du cerveau appelée le striatum. Les mécanismes et circuits détaillés sous-jacents au rôle du striatum dans l'acquisition et la consolidation de compétences ne sont pourtant pas connus. L'objectif du projet, actuellement en cours, est d'établir une meilleure image sur la manière dont les réseaux moléculaires de cette partie du cerveau s'adaptent. Les résultats ont montré que les synapses dans la région entre le striatum et le cortex cérébral (la région responsable des fonctions plus complexes du système nerveux) montraient à long terme un certain degré de «plasticité» pendant l'apprentissage de compétences, une adaptation nécessaire au développement et au maintien de nouvelles compétences. «Nous voulions étudier si les circuits neuronaux responsables de nos réponses ou habitudes automatiques étaient différents des circuits neuronaux responsables de nos actions intentionnelles», commente le Dr Costa. «Notamment, nous souhaitions déterminer si différents circuits striataux étaient responsables des actions récemment acquises par rapport aux actions automatiques.» L'équipe a découvert que les circuits situés dans le striatum dorso-médial, la partie du striatum impliquée dans la sélection et l'évaluation d'actions ainsi que dans la prise de décisions valorisée, sont plus importants pour les nouvelles actions. De plus, les circuits dans le striatum dorso-latéral, une autre région du striatum impliquée dans la performance et la réalisation habituelle des compétences, sont essentiels aux compétences automatiques, comme rouler à vélo ou rentrer en voiture du travail à la maison. L'équipe du projet pense également que le striatum dorso-latéral a le potentiel d'être entraîné, ce qui permettrait de contrôler des prothèses implantées. Les résultats ouvriraient la voie au développement de prothèses à commande mentale rétablissant des taux de mobilité normale pour les personnes souffrant de lésions de la moelle épinière, d'amputations ou d'autres handicaps. De plus, Neuroaction examinera les rapports possibles entre le dysfonctionnement au niveau du cortex cérébral et du striatum, et des conditions neurodégénératives comme la maladie de Parkinson ou d'Huntington. «Ces rapports que nous avons découverts sont que les cellules tuées dans le cas de la maladie de Parkinson et de Huntington sont abondantes dans les régions nécessaires à l'automatisation et à la formation d'habitude», commente le Dr Costa. En utilisant des équipements et ressources spécialisés, l'équipe a mené des tests sur l'activité neuronale dans des régions spécifiques du striatum au cours des différentes phases de l'acquisition de compétences dans des souris génétiquement modifiées. Apprendre des animaux La génétique des souris modifiées permet à l'équipe de cibler des circuits spécifiques, avec l'utilisation de l'optogénétique (une combinaison de techniques génétiques et optiques pour contrôler l'activité des neurones individuelles, les cellules responsables de la transmission de l'information aux tissus vivants) a permis aux chercheurs de manipuler ces circuits avec une grande précision. L'activité de ces circuits cérébraux a ensuite été suivie par électrophysiologie (l'étude de propriétés électriques des cellules et tissus biologiques). «Notre approche consistait à établir une tâche dans laquelle les animaux apprennent et acquièrent par automatisme de nouvelles compétences et nous avons manipulé les circuits pour étudier le fondement neuronal de ces processus», commente le Dr Costa. Les résultats initiaux de ces tests ont apporté des données importantes sur les processus d'acquisition et d'apprentissage de compétences, et sur le développement de dégâts observés dans les troubles neurodégénératifs et psychiatriques. «Nous avons découvert que les différents circuits étaient effectivement responsables de l'acquisition initiale d'actions et de l'automatisation de ces actions», continue le Dr Costa. «Nous avons également découvert que la dopamine des neurones dans le pars compacta de la substantia nigra [substance noire] est importante à cette automatisation et formation d'habitudes.» La dopamine est un neurotransmetteur permettant de contrôler les centres de plaisir et de récompense du cerveau, tandis que le pars compacta joue un rôle indirect dans le contrôle moteur. Les travaux du projet sont financés à hauteur de 100 000 euros par les actions Marie Curie, un fonds de recherche géré par l'Agence exécutive pour la recherche (REA), et le projet a également bénéficié de 1 500 000 euros au titre d'une bourse de démarrage du CER (Conseil européen de la recherche). La recherche de Neuroaction dans les rapports entre les circuits neuronaux et le comportement se poursuivra dans le cadre du projet Humain Brain Project (HBP) qui a été annoncé comme l'un des projets de grande envergure des Technologies futures et émergentes de l'UE. Le projet HBP sera effectif de 2013 à 2023. Les chercheurs, dont le Dr Costa, devront produire des données sur les systèmes complexes dans le cerveau et le développement de modèles computationnels de ces systèmes. - Titre complet du projet: Neural mechanisms of action learning in mouse models - Acronyme du projet: Neuroaction - Site web du projet Neuroaction - Référence du projet: 239527 - Nom/pays du coordinateur du projet: Dr José Mário Leite, Instituto Gulbenkian de Ciência, Lisbonne (Portugal) - Coût total du projet: 100 000 euros - Contribution de la CE: 100 000 euros - Date de commencement/de fin du projet: d'août 2009 à juillet 2013 - Autres pays partenaires: aucun