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Commutateur de rythme cérébral critique pour l'apprentissage comportement habituel
L'existence d'ondes cérébrales (fluctuations rythmiques de l'activité électrique censées refléter l'état du cerveau) n'est pas une découverte nouvelle et les neuroscientifiques savent que l'activité cérébrale au repos ralentit à un rythme alpha d'environ 8 à 10 cycles ou hertz par seconde.
Les neuroscientifiques du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont mené une étude pour évaluer si ces ondes avaient une signification cognitive, le cas échéant, en termes de fonctions, telles que l'apprentissage et la mémoire. Les résultats ont révélé qu'un changement entre deux de ces rythmes est essentiel pour l'apprentissage d'un comportement habituel.
L’étude, publiée cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences montre que chez les rats qui ont appris à faire fonctionner un labyrinthe, l'activité dans une région du cerveau qui contrôle la formation de l'habitude passe d'un rythme rapide et chaotique à un rythme plus lent et plus synchronisé. Selon le professeur Ann Graybiel, auteur principal de l’étude PNAS et chercheur principal à l’Institut McGovern de recherche sur le cerveau du MIT, le changement qui se produit au moment où les rats commencent à maîtriser le labyrinthe est probablement le signe d’une habitude. Ce processus représente un rôle clé dans la compréhension de la réorganisation du cerveau lors de l'apprentissage.
Rythmes dans le cerveau Des recherches ont observé plusieurs ondes cérébrales de fréquences différentes chez l'homme et chez d'autres animaux. L'auteur principal, Graybiel, et l'étudiant diplômé, Mark Howe, ont décidé d'examiner s'ils pouvaient relier ces rythmes aux changements de l'état du cerveau qui accompagnent l'apprentissage. Leur étude portait sur les ondes bêta (largeur de bande de 15 à 28 hertz), liées au manque de mouvement et aux ondes gamma élevées (largeur de bande de 70 à 90 hertz) avec des états très attentifs.
Le laboratoire de Graybiel a démontré plus tôt que les schémas d’activité électrique dans la partie des noyaux gris centraux du cerveau sont essentiels à la formation des habitudes. Les habitudes commencent lors de la prise d'une action particulière et procurent une sorte d'avantage, mais avec le temps, cette action devient une seconde nature et est réalisée même si elle ne reçoit plus de récompense. Dans les cas extrêmes, cela peut vouloir dire, par exemple, continuer à gratter une partie du corps même après l'arrêt des démangeaisons.
Howe a étudié les rythmes cérébraux dans une région située tout en bas des noyaux gris centraux, connue sous le nom de striatum ventral, nécessaire pour répondre à la douleur ou au plaisir, mais également fortement impliquée dans la dépendance. Pour mesurer l'activité cérébrale, Howe a utilisé des rats courant le long d'un labyrinthe en forme de T. Les animaux devaient apprendre à tourner à gauche ou à droite en réponse à un son; en tournant correctement pour atteindre la fin du labyrinthe, ils ont reçu une récompense: du lait au chocolat.
Au cours des premières exécutions, par ex. alors que les rats apprenaient encore le labyrinthe, les chercheurs ont observé des éclats d'activité du striatum ventral dans la gamme de fréquences gamma peu avant que les rats ne terminent le labyrinthe. Cette activité s'est répandue dans le striatum ventral: les cellules se sont synchronisées avec le rythme à des moments différents, de manière peu coordonnée.
Une fois que les rats ont commencé à apprendre comment la récompense était gagnée, l'activité gamma a commencé à disparaître et a été remplacée par de courtes périodes d'activité dans la bande bêta de fréquence inférieure, juste après avoir terminé le labyrinthe. Par rapport aux premiers essais, l’activité est devenue beaucoup plus coordonnée sur l’ensemble du striatum ventral.
Renforcer les habitudes Les chercheurs ont également mesuré l'activité de neurones uniques dans le striatum ventral afin de mieux comprendre ce qui se passait pendant ce changement de fréquence et ont découvert cette activité dans deux groupes de neurones coordonnés aux oscillations. Ils ont observé que les neurones de sortie, contrôlant la communication du striatum ventral avec le reste du cerveau, ont augmenté pendant les pics des oscillations gamma et bêta, un autre type inhibant les neurones de sortie, alimentant les creux des oscillations.
Howe a déclaré: "Chaque fois que vous avez un rythme fort, ces deux populations de neurones oscillent dans des directions opposées."
Cette découverte indique que pendant le processus d'apprentissage d'un nouveau comportement chez le rat, l'activité à haute fréquence dans les neurones de sortie du striatum ventral transmet des messages au reste du cerveau pour lui apprendre un nouveau comportement, renforcé par le chocolat. récompense. Par la suite, une fois que le comportement est appris et formé, ces messages ne sont plus nécessaires. Ils sont bloqués par les neurones inhibiteurs lors des oscillations bêta.
Graybiel a expliqué:"Comme les rats apprenaient, ce signal de renforcement disparaît, parce que vous n'en avez pas vraiment besoin. Cela aide le cerveau car une fois que l'habitude est formée, vous voulez libérer ce peu de cerveau pour pouvoir faire autre chose - former une nouvelle habitude ou penser une grande pensée. "
Les chercheurs, dont Howe, Graybiel et d'autres membres du laboratoire, Hisham Attalah, Dan Gibson et Andrew McCool, envisagent d'autres études pour savoir si la formation d'habitudes est interrompue s'ils modifient les rythmes cérébraux du striatum ventral et identifient plus spécifiquement les neurones impliqués. . L'identification et le contrôle de ces neurones pourraient produire de nouvelles approches pour lutter contre la dépendance, une forme extrême de comportement habituel.
Écrit par Petra Rattue
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