Publié le 11 décembre 2023. Des chercheurs de l’université de Georgetown ont mis en lumière un mécanisme cérébral clé qui module notre capacité à associer des signaux à des récompenses, ouvrant de nouvelles perspectives pour comprendre et traiter des troubles tels que la dépendance et la dépression.
- L’activité de la protéine KCC2 influence la force des connexions entre les signaux et les expériences positives.
- Une diminution des niveaux de KCC2 favorise la formation de nouvelles associations de récompense, impliquant l’activité dopaminergique.
- L’étude suggère que des médicaments comme le diazépam peuvent affecter la coordination neuronale et, par conséquent, les processus d’apprentissage.
La capacité du cerveau à apprendre et à associer des stimuli à des conséquences agréables est un processus fondamental, mais elle peut être perturbée dans de nombreuses pathologies psychiatriques. Une équipe de chercheurs de l’université de Georgetown a identifié un rôle crucial pour la protéine KCC2 dans ce mécanisme d’apprentissage. Leurs travaux, publiés le 9 décembre dans la revue Communications Naturales, montrent que les variations de l’activité de cette protéine peuvent renforcer ou affaiblir la capacité du cerveau à établir des liens entre des signaux et des récompenses.
Selon Alexey Ostroumov, professeur adjoint au département de pharmacologie et de physiologie de la faculté de médecine de Georgetown et auteur principal de l’étude,
« Notre capacité à lier certains signaux ou stimuli à des expériences positives ou enrichissantes est un processus cérébral fondamental, et il est perturbé dans de nombreuses conditions telles que la dépendance, la dépression et la schizophrénie. »
Alexey Ostroumov, professeur adjoint
Il explique que l’abus de substances peut modifier la protéine KCC2, essentielle à un apprentissage normal, et ainsi détourner le processus d’apprentissage.
L’étude, financée par les National Institutes of Health (NIH), a révélé que lorsque les niveaux de KCC2 diminuent, les neurones dopaminergiques s’activent plus rapidement, ce qui facilite la formation de nouvelles associations de récompense. La dopamine, un neurotransmetteur clé impliqué dans la motivation, le traitement des récompenses et le contrôle moteur, est produite et libérée par ces neurones dopaminergiques.
Pour approfondir leur compréhension de cette relation, les chercheurs ont analysé des tissus cérébraux de rongeurs et observé le comportement de rats lors de tests d’apprentissage associatif classiques, inspirés des travaux de Pavlov. Ils ont constaté que les neurones qui s’activent de manière coordonnée peuvent amplifier de manière significative l’activité dopaminergique. De brèves augmentations de dopamine semblent agir comme de puissants signaux d’apprentissage, aidant le cerveau à attribuer du sens et de la valeur aux expériences vécues.
Cette découverte pourrait expliquer pourquoi des associations indésirables se forment facilement, comme dans le cas d’un fumeur qui associe son café matinal à une cigarette et qui, par la suite, ressent une forte envie de fumer simplement en buvant du café.
« Nos résultats aident à expliquer pourquoi des associations puissantes et indésirables se forment si facilement, comme lorsqu’un fumeur qui associe toujours son café du matin à une cigarette découvre plus tard que le simple fait de boire du café déclenche une forte envie de fumer. »
Alexey Ostroumov, professeur adjoint
Ostroumov souligne que prévenir ces associations induites par la drogue, ou restaurer des mécanismes d’apprentissage sains, pourrait conduire à de meilleurs traitements contre la dépendance et les troubles associés.
L’équipe a également étudié l’impact de médicaments agissant sur des récepteurs cellulaires spécifiques, notamment les benzodiazépines comme le diazépam (Valium), sur les processus d’apprentissage. Des recherches antérieures avaient déjà montré que des changements dans la production de KCC2 pouvaient modifier la manière dont le diazépam exerce ses effets calmants. L’étude actuelle confirme cette observation et révèle que les neurones ne se contentent pas d’augmenter ou de diminuer leur activité, mais peuvent également coordonner leurs schémas d’activation, améliorant ainsi l’efficacité de la transmission de l’information. Les chercheurs ont observé que le diazépam pouvait favoriser cette activité coordonnée.
Pour mener à bien leurs recherches, l’équipe a combiné diverses approches expérimentales, notamment l’électrophysiologie, la pharmacologie, la photométrie des fibres optiques, l’étude du comportement, la modélisation informatique et l’analyse moléculaire. Joyce Woo, doctorante au laboratoire d’Ostroumov et première auteure de l’étude, explique que les rats ont été choisis pour la partie comportementale de la recherche en raison de leur capacité à effectuer des tâches plus longues et plus complexes que les souris, ce qui a permis de recueillir des données plus fiables et informatives.
Ostroumov conclut que ces découvertes dépassent le cadre de la recherche fondamentale sur l’apprentissage et révèlent de nouvelles façons dont le cerveau régule la communication entre les neurones. Il espère que, en anticipant ou en corrigeant les perturbations de cette communication, il sera possible de développer de meilleurs traitements pour un large éventail de troubles cérébraux.
Les autres contributeurs de Georgetown incluent Ajay Uprety, Daniel Reid, Irene Chang, Aelon Ketema Samuel, Helena de Carvalho Schuch et Caroline C Swain.
Ostroumov et ses co-auteurs déclarent ne pas avoir d’intérêts financiers personnels liés à cette étude.
Ce travail a été soutenu par les subventions NIH MH125996, DA048134, NS139517, DA061493, ainsi que par des subventions de la Brain & Behaviour Research Foundation, de la Whitehall Foundation et de la Brain Research Foundation.