Aller au contenuAller au menuAller à la recherche

Alexis Bédécarrats, Romuald Nargeot et al. dans Curr.Biol.

Mémoire d’un mollusque branché

Le 26 mai 2014

Sieling F, Bédécarrats A, Simmers J, Prinz AA, Nargeot R. (2014).
Differential role of nonsynaptic and synaptic plasticity in operant conditioning-induced compulsive behavior. Curr. Biol. 24, 941-950.


This study was supported by LabEx BRAIN for a total of 113k€ (scientific project axis 2,  D. Cattaert, G. Lemasson, R. Nargeot)
Une présentation de Romuald Nargeot ( Chercheur- Enseignant. Maître de conférence - PhD à l'Université de Bordeaux, chercheur CNRS à l'INCIA (Institut de Neurosciences cognitives et intégratives d'Aquitaine) dans l'équipe "Organisation et adaptabilité des systèmes moteurs")

Avant, il agissait au gré de ses passions, de ses souvenirs. Il en était ainsi de sa recherche de nourriture. Sous l’impulsion d’une petite faim, il effectuait des mouvements buccaux quand bon lui semble, sans précipitation, il tentait sa chance. Par le passé il a bien obtenu la récompense tant désirée, il l’obtiendra surement nouveau. Mais ce jackpot n’est pas sans danger. L’associer trop souvent à l’action rend la bête frénétique, conditionnée par un apprentissage opérant, elle ne peut plus s’empêcher de répéter régulièrement et à l’excès l’acte récompensé. Comme les animaux les plus complexes, l’aplysie, un mollusque marin, garde en mémoire ses plaisirs et sombre en conséquence dans l’exécution compulsive de l’action récompensée. Cependant, si son comportement alimentaire rappelle nos propres faiblesses aux petites gâteries, il n’en possède pas moins un cerveau d’une simplicité époustouflante qui pousse à son analyse : seules trente paires de neurones dont les propriétés membranaires et synaptiques ont été identifiées forment le réseau générateur des patterns moteurs qui organise et déclenche ses mouvements buccaux.


C’était avant de brancher son cerveau sur ordinateur. Un comité directeur de trois neurones au sein du réseau impulse spontanément l’ordre d’agir par des décharges en bouffées de potentiels d’action.
Ces neurones décisionnels possèdent chacun leur propre personnalité déterminée par leurs courants ioniques transmembranaire. Ainsi, chacun a son idée du meilleur moment où la décharge électrique doit être envoyée à la population des neurones moteurs. Pour trouver un accord, ce directoire échange ses idées par synapses électriques, malheureusement peu efficaces. Bilan : il faut s’armer de patience pour obtenir une décision qui la plupart du temps manque de cohérence ; l’animal erre alors sans précipitation, effectuant ses mouvements buccaux au petit bonheur la chance. La situation est bien différente lorsque la chance a été au rendez-vous. Le directoire dopé à la dopamine, une conséquence de la répétition de l’association action/récompense, génère de façon répétée et fréquente ses bouffées électriques. Ces impulsions compulsives sont associées à la diminution de courants ioniques transmembranaires et à l’accroissement de la communication synaptique des neurones. L’animal, brouteur paisible, devient alors monstre vorace, incapable de réprimer des mouvements buccaux devenus frénétiques. Un comble pour une limace !

Stimuler ou réprimer sa folie, c’est possible ; il suffit de connecter son cerveau à la place de l’imprimante. Si l’excitation et la communication des neurones décisionnels sont responsables de la folie motrice, on doit pouvoir les ramener à la raison par quelques équations mathématiques. Selon Hodgking et Huxley, ces dernières suffissent pour produire un courant ionique transmembranaire ou synaptique artificiel. L’ordinateur en connexion directe, par microélectrodes intracellulaires, avec chaque neurone décisionnel écoute les conversations neuronales et réagit en temps réel en injectant un courant transmembranaire ou synaptique d’origine numérique. Cette technique dite du « dynamic clamp » permet d’induire ou de corriger les modifications de comportements et de communications cellulaires.

Un clic droit organise le rythme, un clic gauche détermine le tempo. Prenons le cerveau du mollusque placide. Vérifions le peu d’efficacité de son comité directeur. Subitement, demandons à l’ordinateur d’introduire un courant transmembranaire reproduisant la modification d’excitabilité neuronale observée après apprentissage. Clic, le comité sombre dans l’ivresse des grands jours. Mais celle-ci ressemble plus à l’anarchie d’une cours de récré qu’à la marche au pas d’un bataillon discipliné. On reproduit la répétition excessive des mouvements buccaux de l’animal compulsif mais pas leur régularité désespérante. Testons plutôt l’effet d’une augmentation de la communication synaptique. Clic, un courant synaptique artificiel est injecté entre les neurones décisionnels pour reproduire la communication neuronale de l’animal compulsif. Cette fois-ci on régularise la répétition des bouffées électriques mais cette récurrence se fait à une fréquence qui vous arracherait quelques bâillements. On reproduit la rigidité du rythme mais pas la frénésie de la compulsion. Double clic, le compte y est. Le cerveau génère de façon récurrente et fréquente les bouffées électriques à l’origine de la motricité compulsive.

Peut-on ramener la bête à la raison ? Programmons l’ordinateur pour injecter un contre-courant membranaire qui annule l’augmentation d’excitabilité des neurones décisionnels. L’action motrice de l’animal initialement compulsif continue alors d’être générée régulièrement mais maintenant à un rythme redevenu tranquille. Injectons plutôt un contre-courant synaptique pour supprimer l’augmentation de la communication inter-neuronale : l’exécution motrice garde sa fréquence frénétique mais sa monotonie disparaît. Injectons les deux contre-courants simultanément et le cerveau revient enfin au calme de celui qui n’avait pas goûté au fruit défendu. Ainsi, nous avons montré que deux caractéristiques fondamentales d’une motricité compulsive, fréquence et régularité, peuvent être sélectivement et expérimentalement effacées de la mémoire de neurones décisionnels par une action sur leurs propriétés membranaires et synaptiques, respectivement. Indiquons que si vous avez quelques manies à effacer, vous pourriez peut-être le faire, mais veillez à connaître celui ou celle qui pilote l’ordinateur.

Contacter: Romuald Nargeot (romuald.nargeot @ u-bordeaux.fr)
Dernière mise à jour le 27.05.2014

1ers auteurs

Fred Sieling et Alexis Bédécarrats sont co-premiers auteurs de l’article 


Alexis Bédécarrats: doctorant à l’INCIA dans l’équipe « Organisation et Adaptabilité des systèmes moteurs ». Ce travail a été soutenu par un financement BRAIN ANR-10-LabEx-43 and ANR-10-IDEX-03-02 (YPSINET) ; une bourse NSF "Interdisciplinary Graduate Education and Research Program" (F.S.) et une bourse doctorale MENESR (A. B.).



 



Dr. Fred Sieling: post-doc, Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering, Georgia Institute of Technology and Emory University, Atlanta, Georgia, USA.