Restauration non supervisée d'un comportement complexe appris après une perturbation neuronale à grande échelle
Ce document rapporte une étude sur la façon dont les canards branchus récupèrent leurs comportements d’apprentissage complexes après une perturbation neuronale massive. Les chercheurs ont utilisé des outils génétiques pour perturber sélectivement l’activité des neurones de projection de la région cérébrale clé HVC (hyperpallium ventralis) qui produit les séquences de chant chez les canards branchus, entraînant une grave dégradation du chant. Étonnamment, même après avoir été empêchés de chanter pendant un certain temps, les canards branchus ont pu récupérer complètement leur chant d’origine en 2 semaines.
Auteurs et source de l’article : Cette étude a été réalisée conjointement par Bo Wang, Zsofia Torok, Alison Duffy, David G. Bell, Shelyn Wongso, Tarciso A. F. Velho, Adrienne L. Fairhall et Carlos Lois de l’Institut de Technologie de Californie. L’article a été publié dans la revue Nature Neuroscience en 2024.
Méthodologie de l’étude : a) Tout d’abord, les auteurs ont exprimé le canal sodique bactérien NachBac ou la chaîne légère de la toxine tétanique (TeTx) dans le HVC à l’aide de vecteurs lentiviraux, perturbant respectivement le timing d’activité ou la libération synaptique des neurones de projection HVC. Dans les premiers jours suivant la perturbation, le chant a été complètement dégradé, avec des syllabes non reconnaissables.
b) Étonnamment, après 5 à 10 jours, le chant des canards a commencé à se rétablir, et après environ 2 semaines, il s’est complètement rétabli à un niveau similaire à celui d’avant la perturbation. Les auteurs ont quantifié la dynamique de dégradation et de récupération du chant en analysant les changements dans les caractéristiques acoustiques.
c) Pour étudier les mécanismes sous-jacents à la récupération du chant, les auteurs ont empêché un groupe de canards branchus de vocaliser pendant la période de récupération, et ont constaté que leur chant se rétablissait encore de manière significative, suggérant l’existence d’un mécanisme hors ligne indépendant de la pratique favorisant la récupération.
d) En enregistrant l’électrophysiologie, les auteurs ont découvert que les entrées synaptiques excitatrices des neurones HVC non perturbés avaient considérablement augmenté, tandis que les propriétés intrinsèques de ces neurones HVC non perturbés n’avaient pas changé.
e) Les auteurs ont développé un modèle computationnel simulant la dynamique des séquences neuronales, et ont constaté que, outre l’auto-régulation au niveau cellulaire, un mécanisme d’auto-régulation au niveau du réseau global ainsi que le recrutement de neurones HVC de projection initialement “silencieux” étaient nécessaires pour expliquer l’augmentation des entrées synaptiques observée et la récupération comportementale.
Principales découvertes : 1) Après une perturbation massive, les canards branchus peuvent récupérer progressivement leur comportement complexe de chant en 2 semaines grâce à un mécanisme hors ligne indépendant de la pratique.
2) Le processus de récupération s’accompagne d’une augmentation significative des entrées synaptiques excitatrices des neurones de projection HVC non perturbés, sans changement de leurs propriétés intrinsèques.
3) D’après les résultats comportementaux et électrophysiologiques, l’auto-régulation à la fois au niveau cellulaire et au niveau du réseau, ainsi que le recrutement de neurones de projection HVC initialement “silencieux”, sont nécessaires pour expliquer la récupération de la dynamique séquentielle dans le circuit neuronal.
Implications de l’étude : Cette étude révèle la capacité des circuits neuronaux du cerveau à se reconstruire après une perturbation massive afin de maintenir des comportements cruciaux, mettant en évidence les mécanismes d’auto-organisation du cerveau pour récupérer la dynamique séquentielle de manière non supervisée. Cette découverte est importante pour comprendre comment le cerveau conserve l’information et la continuité comportementale à long terme, et récupère les fonctions neuronales après une maladie ou une lésion.
Cette étude approfondie sur la dynamique comportementale et la réorganisation des circuits neuronaux chez les canards branchus après une perturbation du circuit neural du chant a permis de découvrir des mécanismes intrinsèques de récupération tels que l’auto-régulation neuronale et le recrutement de nouveaux neurones. Elle fournit ainsi de nouvelles perspectives sur les bases moléculaires et les réseaux sous-jacents permettant au cerveau de maintenir la stabilité comportementale et l’autoréparation.