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LLa vie n’est pas toujours facile pour les petits souriceaux : des heures ou des jours après leur naissance, les bébés qui se tortillent, qui ne peuvent ni entendre ni voir, peuvent rouler ou trébucher en s’éloignant de leur nid. Froids et solitaires, ils appellent leur mère. Heureusement, maman passe à l’action pour que les aventures des petits soient de courte durée. Attrapant chaque chiot par la peau de son dos, maman souris ramène chaque bébé à la maison en toute sécurité.
Le comportement de la mère est inné, gravé dans le cerveau de la souris et ne nécessite aucune formation. Mais où cela se produit-il dans le cerveau et comment le cerveau le traite-t-il ou l’exécute-t-il ? Et que se passe-t-il dans ces rares cas où le cerveau animal n’exécute pas correctement un tel comportement ? C’est ce que Stephen Shea essaie de répondre chez la souris, dans l’espoir que cela puisse un jour être applicable aux humains.
Shea, professeure agrégée au Cold Spring Harbor Laboratory, a découvert que ce comportement maternel inné correspond au déclenchement de cellules dans une région du cerveau appelée locus coeruleus, un groupe de cellules que l’on peut trouver dans le tronc cérébral de tous les vertébrés. Locus coeruleus est également la source de noradrénaline, une substance chimique qui affecte certaines fonctions cérébrales clés.
Le travail de Shea a des implications plus importantes. Il espère que la compréhension des circuits cérébraux qui facilitent cette action très simple pourrait être une fenêtre sur la façon dont les perturbations du câblage affectent le comportement social, et une clé pour comprendre les interactions sociales inappropriées, telles que celles observées chez les personnes atteintes de troubles du spectre autistique. Et cela pourrait même éclairer le débat emblématique sur la question de savoir si les créatures sont façonnées par la nature ou par l’éducation.
“Quelque chose a dû changer dans le cerveau pour amener l’animal à montrer différents types de comportements envers le chiot.”
Lorsque des animaux sociaux se rencontrent, ils interagissent en absorbant des entrées sensorielles (telles que des sons et des odeurs), en les traitant dans le cerveau et en réagissant de manière appropriée. Dans la conception populaire, il existe deux facteurs concurrents qui déterminent le comportement animal ou humain, le câblage dur et les traits appris, ou comme on l’appelle communément la nature par rapport à l’acquis. Les neuroscientifiques et les biologistes, cependant, ne pensent pas que les réponses animales sont le produit de l’une ou de l’autre, mais une interaction entre les deux. L’une des façons de comprendre ce va-et-vient dans le cerveau est de travailler en arrière, à travers le prisme des comportements qui peuvent être exprimés de manière innée, comme les comportements maternels chez les souris, puis comment l’expression innée de ce comportement est plus loin. modulé par l’apprentissage.
“Nous étudions le comportement de communication sociale entre les souris”, explique Shea. « Les souris se parlent, elles se sentent, et elles peuvent en apprendre beaucoup. Nous voulons comprendre ce processus, comment cela est représenté dans le cerveau [and] quels sont les contrôles mécanistes de ces comportements.
Bien qu’elles soient innées dans la représentation neuronale du comportement maternel, les souris modifient leur comportement envers les petits dans différentes conditions grâce à la plasticité du cerveau. Par exemple, les souris vierges ont tendance à ne pas montrer un tel comportement attentionné, ignorant ou même tuant les jeunes dans certains cas. Mais si les femelles sont co-logées avec une mère ou exposées à plusieurs reprises aux chiots, elles agissent comme des mères elles-mêmes et leur comportement change. Ils commencent à s’occuper des chiots et deviennent sensibles à leurs signaux afin qu’ils se précipitent vers les bébés souris lorsqu’ils s’éloignent du nid.
“Comment cela se passe dans le cerveau n’est pas bien compris”, déclare Dayu Lin, un professeur au Département de neurosciences et de physiologie et au Département de psychiatrie de NYU Langone Health qui n’est pas impliqué dans la recherche de Shea. “Quelque chose doit avoir changé dans le cerveau pour amener l’animal à montrer différents types de comportements envers le chiot, donc l’effort du Dr Shea essaie principalement de comprendre quelle partie du cerveau est pertinente pour quel processus et quel type de changements se sont produits dans ces parties du cerveau.
Au cours des plusieurs années que Shea a travaillé là-dessus, il a fait des découvertes importantes. En plus de trouver la région qui correspond au comportement, il a constaté que les animaux porteurs d’une copie mutante d’une protéine appelée MeCP2 ont des difficultés à apprendre un tel comportement maternel de récupération.
“Le cerveau devient plus fixe et n’a pas la capacité de changer”, dit Lin. “Et c’est l’une des raisons pour lesquelles les animaux sont incapables d’apprendre ces comportements innés.”
Le travail de Shea peut éclairer le débat emblématique sur la question de savoir si les créatures sont façonnées par la nature ou par l’éducation.
Lorsqu’il est muté, MeCP2 est également responsable d’un trouble neurodéveloppemental appelé syndrome de Rett chez l’homme, qui touche principalement les femmes, affectant leur capacité à parler, marcher, manger et même respirer facilement. Si les chercheurs peuvent comprendre comment MeCP2 affecte la capacité mentale ou développementale d’acquérir et de maintenir des circuits de communication dans des modèles de souris, ils pourraient trouver des indices sur la façon dont cela peut causer des problèmes chez l’homme.
“MeCP2 provoque un trouble fondamental car il joue un rôle important dans le cerveau, et nous pensons que c’est important pour contrôler la plasticité, qui est la capacité du cerveau à changer et à s’adapter à de nouvelles conditions, et l’une de ces conditions est en fait la maternité”, dit Shea. Il explique que lorsqu’une souris femelle en bonne santé a une expérience maternelle, soit parce qu’elle a ses propres petits, soit parce qu’elle rencontre les petits d’une autre femelle, il y a des changements dans le cortex auditif, la partie du cerveau qui encode ou détecte les stimuli auditifs, y compris les couinements de détresse des chiots et autres vocalisations. Comprendre comment le cerveau peut changer dans la santé et la maladie augmente nos connaissances fondamentales sur la façon dont il se connecte et se recâble et sur ce qui pourrait mal tourner.
Pour étudier les souris, Shea et ses collègues utilisent des méthodes optiques pour observer les signaux électriques du cerveau. Dans le cerveau, les axones, qui transportent les informations d’une zone à l’autre, le font par le biais d’impulsions électriques, agissant un peu comme des fils. Les chercheurs utilisent un virus pour délivrer un morceau d’ADN génétique à certains neurones et faire en sorte que ces neurones produisent une protéine qui est un capteur d’activité. Ce qu’ils détectent, ce sont les soi-disant signaux calciques qui sont corrélés à l’activité électrique. Lorsque les niveaux de calcium augmentent dans la cellule, la protéine brille plus fort, permettant aux chercheurs de voir l’activité des neurones.
Les neurones, qui se parlent par communication synaptique, affectent ceux qu’ils contactent. Ainsi, les neurones excitateurs peuvent activer les neurones auxquels ils donnent une entrée, et les neurones inhibiteurs suppriment l’activité des neurones auxquels ils donnent une entrée.
À bien des égards, ces deux types de neurones fonctionnent comme une balançoire. Les deux sont nécessaires pour contrôler les schémas d’activité stables des neurones, et “l’une des façons dont le cerveau peut changer est qu’il peut faire basculer cet équilibre de l’inhibition vers l’excitation”, explique Shea. « Ainsi, lorsqu’une souris a une expérience maternelle, il y a une désinhibition du cerveau. Cela penche davantage vers l’excitation et loin de l’inhibition et c’est une caractéristique qui définit cette période critique, et cet équilibre n’est pas maintenu correctement chez les souris MeCP2.
Shea aimerait se rapprocher le plus possible d’un modèle fonctionnel de comportement interactif qui va de la détection d’un signal à la périphérie à la façon dont ce signal est traité, mis en balance avec d’autres facteurs dans le processus de prise de décision et comment un animal choisit un comportement. en boucle complète. Et enfin, comment cela affecte le comportement d’un partenaire social.
« Donc, ce que j’aimerais pouvoir faire, c’est comprendre le cerveau de deux individus ou plus et leur comportement en tant que système dynamique », dit-il.
Un tel modèle dynamique aiderait les chercheurs à comprendre le processus de prise de décision, ainsi que la capacité de faire des prédictions sur les changements dans le cerveau. Ainsi, si l’activité d’un maillon de la chaîne est perturbée, ils peuvent observer comment cela affecterait l’individu et ses partenaires sociaux.
“Dans le contexte des comportements innés, qui sont supposés être relativement câblés à l’intérieur d’un cerveau, vous voyez toujours une énorme quantité de changements qui se produisent”, explique Lin. “Donc je pense [this work] nous aide vraiment à comprendre la capacité de flexibilité du cerveau et à quel point nous pouvons bouger pour guider différents comportements. En termes plus profanes, le travail de Shea évoque ce débat séculaire entre la nature et l’éducation. Les créatures, qu’elles soient animales ou humaines, ne sont façonnées ni par l’un ni par l’autre. Nous sommes le produit des deux. 
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