Marquage des neurones thalamiques © Bordeaux Imaging Center - Fabien Alcaraz

Prendre des décisions adaptées en vue de subvenir à ses besoins est une nécessité pour tous les organismes vivants. En particulier, la capacité à prendre en compte les modifications soudaines dans l’environnement représente un enjeu important pour la survie des espèces. De telles prises de décision sont considérées comme des fonctions cognitives évoluées. Elles font intervenir le cortex préfrontal, une structure cérébrale parmi les plus développées et connue pour assurer les processus décisionnels.

L’équipe Décision et adaptation à l'Institut de neurosciences cognitives et intégratives d’Aquitaine (Incia, CNRSCentre national de la recherche scientifique / université de Bordeaux) s’est d’abord intéressée aux zones du cerveau connectées au cortex préfrontal. Par une technique de marquage, elle a mis en évidence une région particulière, le thalamus submédian, au rôle fonctionnel inconnu, qui est fortement connectée au cortex préfrontal.
Les scientifiques ont par la suite testé le rôle de ces deux structures cérébrales, thalamus submédian et cortex préfrontal, dans la prise de décision et l’adaptation à l’environnement. Pour cela, ils ont considéré trois groupes de rats : le premier présentant des lésions du cortex préfrontal, le deuxième au niveau du thalamus submédian, et le troisième regroupant des rats témoins sans lésion. Il s’agit de tester leur capacité à établir un lien entre un son et l’obtention d’une récompense alimentaire. L’expérience s’est déroulée en deux étapes (voir schéma ci-dessous).

La phase d'apprentissage d’abord a permis aux animaux d’apprendre que deux sons différents (S1 et S2) prédisent chacun la survenue d'une récompense alimentaire spécifique. Les trois groupes d’animaux visitent donc la mangeoire dès qu’un signal auditif est perçu. Les lésions n’empêchent pas les animaux d’apprendre qu’un stimulus auditif prédit l’obtention de la récompense. Lors de la deuxième étape, la procédure reste inchangée pour le premier son, mais pour le son S2, les chercheurs ont distribué des récompenses alimentaires durant et surtout en dehors des périodes sonores.

Améliorer la connaissance de pathologies comme la schizophrénie

Ce son perd donc sa valeur prédictive et un animal sans lésion en vient à négliger ce stimulus auditif S2 pour ne venir à la mangeoire que lorsqu’il entend le son S1. En revanche, les animaux présentant une lésion que ce soit au niveau du cortex préfrontal ou du thalamus submédian se montrent incapables de faire une telle distinction, et donc, de s’adapter.

Cette étude permet d’identifier l’existence d’un circuit entre le thalamus et le cortex qui s’avère primordial dans la prise de décision adaptée à l’environnement. L’originalité de cette découverte provient du rôle fondamental que les chercheurs attribuent au thalamus submédian, une structure jusqu’à présent ignorée dans le domaine des comportements adaptatifs. Ce résultat suggère que de nombreux circuits fonctionnels sous-tendant ce type de comportement impliqueraient une contribution du thalamus. Les chercheurs comptent poursuivre l’exploration de ces circuits « thalamocorticaux » dont la compréhension pourrait améliorer notre connaissance de nombreuses pathologies, comme la schizophrénie ou encore l’addiction.

Sources : communiqué de presse CNRS