Mieux comprendre le rôle du cervelet dans l’apprentissage cognitif
Le cervelet, ou «petit cerveau», est une petite structure située à l’arrière du cerveau qui reçoit et traite les informations sensorielles, et qui est impliquée dans de nombreuses fonctions motrices et mouvements complexes. Chez l’homme, les dommages causés au cervelet aux alentours de la naissance sont associés à un risque plus élevé de développer un trouble du spectre autistique. Une étude plus approfondie pourrait donc contribuer à mieux appréhender les différences neuronales complexes chez les personnes autistes. «Nous avons voulu étudier la contribution du cervelet à la cognition, à l’apprentissage et au traitement sensoriel. Pour commencer, nous voulions étudier la contribution du cervelet à l’apprentissage d’une tâche cognitive chez la souris», explique Marlies Oostland, professeure adjointe en neurosciences cellulaires et des circuits à l’Université d’Amsterdam et coordinatrice du projet NeuroTick. Le modèle de souris était censé présenter une production réduite du cervelet, mais les résultats ont suggéré une amélioration de l’apprentissage. «Nous avions en réalité révélé des compétences spécifiques améliorées dans un modèle de souris autiste», explique Marlies Oostland. «Cela nous a fait penser au trouble du spectre autistique non pas tant comme un trouble, mais comme une variation qui, dans des niches particulières, peut être adaptative.»
Les souris à l’épreuve de l’apprentissage
Dans le cadre du projet NeuroTick, financé par l’UE et entrepris avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, l’équipe a réalisé une expérience bien connue de prise de décision. Les souris reçoivent des bouffées d’air sur leurs moustaches gauche et droite, et doivent lécher correctement du côté qui a reçu un plus grand nombre de bouffées pour obtenir une récompense. L’équipe de NeuroTick a entraîné plusieurs groupes de souris à cette tâche, notamment: des souris dont la production cérébelleuse était réduite; des souris de type sauvage recevant de plus fortes bouffées d’air; des souris chez qui les bouffées d’air étaient associées à une activation à distance et intermittente des cellules de Purkinje — des neurones complexes du cervelet; et d’autres dont les cellules de Purkinje étaient activées en continu. Les chercheurs ont également surveillé les réactions comportementales des souris, effectué une analyse informatique pour identifier les états comportementaux cachés au fur et à mesure de l’entraînement des animaux, et enregistré diverses zones du cerveau tout en manipulant la réponse du cervelet.
Une série d’expériences aux résultats inattendus
L’équipe s’attendait à ce que les souris dont la production du cervelet était réduite n’apprennent pas du tout la tâche. «Toutefois, à notre grande surprise, les souris mutantes ont appris plus rapidement», ajoute Marlies Oostland. Des expériences de suivi ont révélé d’autres résultats contre-intuitifs, suggérant que la réduction de la production et l’augmentation de l’activité du cervelet peuvent toutes deux améliorer l’apprentissage. «Sur la base de nos résultats, nous avançons que le cervelet régule la réactivité sensorielle à l’échelle du cerveau pour réguler la persistance de la tâche et l’apprentissage», explique Marlies Oostland. L’étude complète a été prépubliée sur le serveur bioRxiv.
Poursuivre les recherches, en chatouillant des rats
Marlies Oostland envisage maintenant d’étudier l’apprentissage et le traitement sensoriel dans des contextes plus naturalistes et sociaux, notamment pendant le jeu. «Dans un premier temps, nous allons chatouiller des rats pour étudier des événements qui les surprennent, tout en enregistrant l’activité neuronale du cervelet et des zones associées du cerveau antérieur», explique-t-elle. Si l’équipe a cherché à comprendre comment le cervelet réagit à des événements surprenants, ce sont les résultats eux-mêmes qui se sont finalement révélés surprenants, et ont ouvert de nouvelles voies de recherche. «C’est l’une des raisons pour lesquelles je trouve la science si passionnante: alors que vous repoussez les limites de la connaissance, votre hypothèse initiale peut être infirmée par les données. Je suis fière que nous soyons parvenus à suivre les indices», conclut-elle.
Mots‑clés
NeuroTick, autisme, cervelet, cerveau, étude, neurones, apprentissage, souris
