Des résultats surprenants déclenchent la libération de noradrénaline dans le cerveau, selon une étude du MIT

Selon une nouvelle étude du MIT, lorsque votre cerveau a besoin que vous prêtiez attention à quelque chose d’important, il peut le faire en envoyant une bouffée de noradrénaline.

Ce neuromodulateur, produit par une structure profonde du cerveau appelée locus coeruleus, peut avoir des effets étendus dans tout le cerveau. Dans une étude sur la souris, l’équipe du MIT a découvert qu’une fonction clé de la noradrénaline, également connue sous le nom de noradrénaline, est d’aider le cerveau à apprendre à partir de résultats surprenants.

Ce que ce travail montre, c’est que le locus coeruleus encode des événements inattendus, et prêter attention à ces événements surprenants est crucial pour que le cerveau fasse le point sur son environnement.”


Mriganka Sur, professeur Newton de neurosciences au département des sciences cérébrales et cognitives du MIT, membre du MIT Picower Institute for Learning and Memory et directeur du Simons Center for the Social Brain

En plus de son rôle dans la signalisation de la surprise, les chercheurs ont également découvert que la noradrénaline aide à stimuler le comportement qui mène à une récompense, en particulier dans les situations où il existe une incertitude quant à savoir si une récompense sera offerte.

Sur est l’auteur principal de la nouvelle étude, qui paraît aujourd’hui dans La nature. Vincent Breton-Provencher, un ancien postdoctorant du MIT qui est maintenant professeur adjoint à l’Université Laval, et Gabrielle Drummond, une étudiante diplômée du MIT, sont les auteurs principaux de l’article.

Comportement modulant

La noradrénaline est l’un des nombreux neuromodulateurs qui influencent le cerveau, avec la dopamine, la sérotonine et l’acétylcholine. Contrairement aux neurotransmetteurs, qui permettent la communication de cellule à cellule, les neuromodulateurs sont libérés dans de grandes parties du cerveau, ce qui leur permet d’exercer des effets plus généraux.

“On pense que les substances neuromodulatrices perfusent de vastes zones du cerveau et modifient ainsi l’impulsion excitatrice ou inhibitrice que les neurones reçoivent plus rapidement”, explique Sur. “Cela suggère qu’ils doivent avoir des fonctions cérébrales très importantes qui sont importantes pour la survie et la régulation de l’état du cerveau.”

Alors que les scientifiques ont beaucoup appris sur le rôle de la dopamine dans la motivation et la recherche de récompenses, on en sait moins sur les autres neuromodulateurs, y compris la noradrénaline. Il a été lié à l’éveil et à une vigilance accrue, mais trop de noradrénaline peut entraîner de l’anxiété.

Des études antérieures sur le locus coeruleus, la principale source de norépinéphrine du cerveau, ont montré qu’il reçoit des informations de nombreuses parties du cerveau et envoie également ses signaux partout. Dans la nouvelle étude, l’équipe du MIT a entrepris d’étudier son rôle dans un type spécifique d’apprentissage appelé apprentissage par renforcement, ou apprentissage par essais et erreurs.

Pour cette étude, les chercheurs ont entraîné des souris à pousser un levier lorsqu’elles entendaient une tonalité à haute fréquence, mais pas lorsqu’elles entendaient une tonalité à basse fréquence. Lorsque les souris répondaient correctement au son aigu, elles recevaient de l’eau, mais si elles poussaient le levier lorsqu’elles entendaient un son grave, elles recevaient une vilaine bouffée d’air.

Les souris ont également appris à pousser le levier plus fort lorsque les tonalités étaient plus fortes. Lorsque le volume était plus faible, ils hésitaient davantage à pousser ou non. Et, lorsque les chercheurs ont inhibé l’activité du locus coeruleus, les souris sont devenues beaucoup plus réticentes à appuyer sur le levier lorsqu’elles entendaient des tonalités à faible volume, suggérant que la noradrénaline favorise la probabilité d’obtenir une récompense dans des situations où la récompense est incertaine. .

“L’animal pousse parce qu’il veut une récompense, et le locus coeruleus fournit des indices critiques pour dire, poussez maintenant, car la récompense viendra”, explique Sur.

Les chercheurs ont également découvert que les neurones qui génèrent ce signal de noradrénaline semblent envoyer la majeure partie de leur sortie au cortex moteur, fournissant une preuve supplémentaire que ce signal stimule les animaux à agir.

signalisation surprise

Bien que cette bouffée initiale de norépinéphrine semble stimuler les souris à agir, les chercheurs ont également découvert qu’une seconde bouffée se produit souvent après la fin de l’essai. Lorsque les souris recevaient une récompense attendue, ces rafales étaient petites. Cependant, lorsque le résultat du procès était une surprise, les explosions étaient beaucoup plus importantes. Par exemple, lorsqu’une souris a reçu une bouffée d’air au lieu de la récompense attendue, le locus coeruleus a envoyé une grande bouffée de noradrénaline.

Lors d’essais ultérieurs, cette souris serait beaucoup moins susceptible de pousser le levier lorsqu’elle n’était pas sûre de recevoir une récompense. “L’animal ajuste constamment son comportement”, explique Sur. “Même s’il a déjà appris la tâche, il adapte son comportement en fonction de ce qu’il vient de faire.”

Les souris ont également montré des bouffées de norépinéphrine lors d’essais lorsqu’elles ont reçu une récompense inattendue. Ces bouffées semblaient propager la norépinéphrine dans de nombreuses parties du cerveau, y compris le cortex préfrontal, où se produisent la planification et d’autres fonctions cognitives supérieures.

“La fonction d’encodage surprise du locus coeruleus semble être beaucoup plus répandue dans le cerveau, et cela peut avoir du sens car tout ce que nous faisons est modéré par surprise”, explique Sur.

Les chercheurs prévoient maintenant d’explorer la synergie possible entre la norépinéphrine et d’autres neuromodulateurs, en particulier la dopamine, qui répond également à des récompenses inattendues. Ils espèrent également en savoir plus sur la façon dont le cortex préfrontal stocke la mémoire à court terme des entrées du locus coeruleus pour aider les animaux à améliorer leurs performances lors de futurs essais.

La recherche a été financée en partie par les Fonds de recherche du Québec, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, un prix NARSAD pour les jeunes chercheurs de la Fondation de recherche sur le cerveau et le comportement, les Instituts nationaux de la santé, l’Initiative de recherche sur l’autisme de la Fondation Simons par le biais du Simons Center pour la Social Brain Foundation, la National Natural Science Foundation of China et la NIH BRAIN Initiative.

Police de caractère:

Massachusetts Institute of Technology

Référence du magazine :

Breton-Provencher, V., et coll. (2022).Dynamique spatio-temporelle de la norépinéphrine lors d’un comportement appris. La nature. doi.org/10.1038/s41586-022-04782-2.

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