Des neuroscientifiques de l’Université du Massachusetts à Amherst ont démontré dans de nouvelles recherches que la dopamine joue un rôle clé dans la façon dont les oiseaux chanteurs apprennent de nouveaux sons complexes.
Publié dans le Journal des neurosciences, la découverte que la dopamine stimule la plasticité dans le pallium auditif des diamants mandarins pose de nouvelles bases pour faire progresser la compréhension des fonctions de ce neurotransmetteur dans une zone du cerveau qui code des stimuli complexes.
“Les gens associent la dopamine à la récompense et au plaisir”, explique l’auteur principal Matheus Macedo-Lima, qui a effectué les recherches dans le laboratoire de l’auteur principal Luke Remage-Healey en tant que doctorant. étudiant au programme d’études supérieures en neurosciences et comportement de l’UMass Amherst. “C’est un concept très connu que la dopamine est impliquée dans l’apprentissage. Mais les connaissances sur la dopamine dans les domaines liés au traitement sensoriel dans le cerveau sont limitées. Nous voulions comprendre si la dopamine jouait un rôle dans la façon dont cette région du cerveau apprend de nouveaux sons ou change avec les sons.”
L’étude de l’apprentissage vocal chez les oiseaux chanteurs donne un aperçu de la façon dont le langage parlé est appris, ajoute le neuroscientifique comportemental Remage-Healey, professeur de psychologie et de sciences du cerveau. “Ce n’est pas seulement l’oiseau chanteur qui propose cette stratégie de liaison des sons et du sens à l’aide de la dopamine. Il y a quelque chose de parallèle ici qui nous intéresse, en tant qu’humains.”
L’équipe de recherche a mené une série d’expériences in vitro et in vivo, en insérant des neurones au microscope et dans le cerveau d’oiseaux vivants qui regardaient des vidéos et entendaient des sons. En fin de compte, les scientifiques ont obtenu des preuves anatomiques, comportementales et physiologiques pour étayer leur hypothèse sur le rôle de la dopamine.
À l’aide d’anticorps, les chercheurs ont montré que les récepteurs de la dopamine sont présents dans de nombreux types de neurones du cerveau auditif des oiseaux chanteurs. Ils peuvent être inhibiteurs ou excitateurs et peuvent également contenir une enzyme qui produit des œstrogènes. “Les recherches du Dr Remage-Healey ont montré que dans le cerveau auditif des oiseaux chanteurs des deux sexes, les neurones produisent des œstrogènes dans des situations sociales, comme lorsqu’ils écoutent le chant des oiseaux ou voient un autre oiseau. Nous pensons que la dopamine et les œstrogènes pourraient travailler ensemble dans le son. processus d’apprentissage, mais ce travail s’est concentré sur la dopamine parce qu’il y avait encore tellement de choses que nous ignorions sur la façon dont la dopamine affectait le cerveau des oiseaux chanteurs », explique Macedo-Lima, maintenant associée postdoctorale à l’Université du Maryland.
Macedo-Lima a développé un test, similaire à l’expérience bien connue du chien de Pavlov, dans laquelle les oiseaux étaient assis seuls dans une chambre et se sont vu présenter un son aléatoire suivi immédiatement d’une vidéo silencieuse d’autres oiseaux. “Nous voulions nous concentrer sur l’association entre un son dénué de sens – un ton – et la chose pertinente sur le plan comportemental, qui est un autre oiseau sur vidéo”, dit-il.
Les chercheurs ont examiné les régions cérébrales auditives des oiseaux après cet appariement son-vidéo, en utilisant un marqueur génétique connu pour être exprimé lorsqu’un neurone subit un changement ou une plasticité. “Nous avons trouvé cette augmentation très intéressante de cette expression génique dans l’hémisphère gauche, la partie ventrale de la région auditive, dans les neurones exprimant les récepteurs de la dopamine, reflétant le processus d’apprentissage et parallèlement à la latéralisation du cerveau humain pour l’apprentissage de la parole”, explique Macedo-Lima. .
Pour montrer l’effet de la dopamine sur la signalisation de base des neurones, les chercheurs ont utilisé une technique de patch clamp à cellules entières, contrôlant et mesurant les courants reçus par les neurones. Ils ont découvert dans une boîte que l’activation de la dopamine diminue l’inhibition et augmente l’excitation.
“Ce modulateur ajuste le système de manière à réduire les signaux d’arrêt et à augmenter les signaux de départ”, explique Remage-Healey. “C’est un mécanisme de contrôle simple mais puissant de la façon dont les animaux codent potentiellement le son. C’est un levier neurochimique qui peut changer la façon dont les stimuli sont enregistrés et transmis dans cette partie du cerveau.”
L’équipe a ensuite sondé sans douleur les cellules cérébrales d’oiseaux vivants. “Ce qui s’est passé lorsque nous avons délivré de la dopamine était exactement comme nous l’avions prédit à partir des données de la cellule entière”, explique Macedo-Lima. “Nous avons vu que les neurones inhibiteurs se déclenchaient moins lorsque nous délivrions l’agoniste de la dopamine, tandis que les neurones excitateurs se déclenchaient davantage.”
Le même effet s’est produit lorsque les oiseaux ont entendu le chant des oiseaux d’autres oiseaux chanteurs – les neurones excitateurs ont répondu plus et les neurones inhibiteurs ont répondu moins lorsque l’activation de la dopamine s’est produite. “Nous étions heureux de reproduire ce que nous avons vu dans un plat chez un animal vivant en écoutant des sons pertinents réels”, a déclaré Macedo-Lima.
L’activation de la dopamine a également rendu ces neurones incapables de s’adapter aux nouveaux chants présentés à l’animal, ce qui corrobore fortement l’hypothèse du rôle de la dopamine dans l’apprentissage sensoriel. “Nous ne savons actuellement pas comment la dopamine affecte l’apprentissage sensoriel chez la plupart des animaux”, dit Macedo-Lima, “mais cette recherche donne de nombreux indices sur la façon dont ce mécanisme pourrait fonctionner chez les vertébrés qui ont besoin d’apprendre des sons complexes, comme les humains.”
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