Les chercheurs cartographient les circuits cérébraux qui signalent un danger immédiat et créent des souvenirs pour aider à éviter les menaces

Un article publié dans la revue Biologie actuelle décrit des expériences qui ont cartographié un circuit cérébral responsable de la détection instantanée des menaces et de la formation de souvenirs de peur.

« Nous souhaitions localiser une région du cerveau associée à la signalisation de la peur et découvrir comment elle pouvait identifier des environnements auparavant liés à des menaces physiques ou prédatrices, comme un endroit où l’individu subissait un stimulus physique aversif », a déclaré Newton Sabino Canteras, professeur titulaire au Département d’anatomie de l’Institut des sciences biomédicales de l’Université de São Paulo (ICB-USP) au Brésil et dernier auteur de l’article.

L’hippocampe est connu pour être impliqué dans la navigation et l’orientation spatiales. Cette région du cerveau détecte également les menaces de l’environnement. Tout ce qui est dangereux laisse une trace à cet endroit, ce qui permet de calculer la localisation précise de la menace, explique Canteras. Une structure essentielle étroitement liée à l’hippocampe est le subiculum.

« Le subiculum est en quelque sorte la vedette du spectacle. Il transfère à l’hypothalamus les informations liées aux menaces environnementales. Nous avons cherché à étudier comment il se comporte lorsque l’animal fait face à un environnement précédemment associé à un stimulus aversif », a-t-il déclaré.

Les chercheurs ont utilisé la photométrie à fibre optique pour observer l’activité du subiculum. « Nous avons inséré un virus qui exprime une protéine sensible au calcium capable d’enregistrer l’activité cellulaire. Elle émet une fluorescence en réponse à l’activité cellulaire », a expliqué Canteras.

Le paradigme comportemental utilisé consistait à habituer une souris à un dispositif constitué de deux boîtes reliées par un couloir. Au début, la souris était confinée à une seule boîte et recevait des stimuli physiques aversifs (des décharges électriques sur ses pattes). Le lendemain, elle était placée dans le dispositif afin qu’elle puisse éviter la boîte aversive.

« Dans ce type de test, l’animal s’étire et renifle, se déplace dans un sens puis dans l’autre, mais ne retourne pas dans la boîte où ses pattes ont été choquées. Il présente ce que l’on appelle un comportement d’évitement », a-t-il expliqué.

L’analyse photométrique centrée sur le noyau prémamillaire dorsal (PMd), une interface critique du circuit neuronal étudié, a montré que le PMd devient particulièrement actif lorsque l’animal s’approche et évite la source menaçante.

« C’est un détecteur de menace très clair et il interagit de manière dynamique avec la source. Si la souris tourne le dos à la source, le PMd n’est pas activé, mais si elle regarde la source ou s’en approche, le PMd « déclenche l’alarme ». C’est l’une des principales conclusions de l’étude », a-t-il déclaré.

Les chercheurs ont ensuite inactivé le PMd avec une technique chimiogénétique largement utilisée connue sous le nom de DREADD, abréviation de récepteurs de conception activés exclusivement par des drogues de conception.

« Nous avons injecté un virus qui exprimait un récepteur (la protéine hM4Di) qui a fait taire le PMd en présence d’un médicament spécifique. Le médicament a empêché les cellules de s’activer. Elles ont repris leur fonctionnement normal dès que le médicament a été retiré.

« Lorsque le PMd a été réduit au silence de cette façon, l’animal a considérablement réduit sa réaction défensive. Au lieu d’éviter la boîte menaçante, il y est retourné comme s’il s’agissait d’un environnement inoffensif, comme si rien ne s’était passé », a-t-il déclaré.

Ils ont conclu que l’inactivation du PMd influençait à la fois les réponses contextuelles à la peur et la reconsolidation de la mémoire de la peur. Ainsi, après l’inactivation du PMd, l’animal considère l’environnement comme sûr et le parcourt comme s’il n’y avait aucun risque le lendemain.

Ils ont ensuite étudié les rôles fonctionnels des principales cibles du PMd dans le système nerveux : le gris périaqueducal ou PAG (dans le tronc cérébral) et le thalamus antéromédial ventral (dans le thalamus).

« Il existe une technique qui me permet d’inactiver spécifiquement la projection qui va vers le tronc cérébral ou vers le thalamus. J’insère dans le PMd un virus qui exprime une protéine agissant comme un canal chlore sensible à la lumière. Lorsque j’allume les champs terminaux, ces terminaisons sont réduites au silence et je peux manipuler une voie de projection spécifique », explique Canteras.

Les chercheurs ont observé que même si l’inactivation de la voie de projection PAG réduisait le comportement défensif de l’animal, celui-ci répondait bien à la peur le jour suivant, montrant que la mémoire de la peur n’était pas affectée.

« L’expression du comportement est affectée, mais pas la reconsolidation de la mémoire de la peur. En revanche, l’inactivation de la voie du thalamus n’a pratiquement aucun effet immédiat mais affecte de manière significative la reconsolidation de la mémoire de la peur », a-t-il déclaré, ajoutant que les deux événements sont principalement médiés par des sites de projection de noyau différents.

Les co-premiers auteurs de l’article sont Juliette Viellard (ICB-USP et Institut des Maladies Neurodégénératives, Université de Bordeaux, France), et Fernando Melleu (ICB-USP).

Les autres co-auteurs sont Alicia Tamais, Alisson de Almeida, Carolina Zerbini, Juliane Ikebara, Karolina Domingues, Miguel de Lima, Simone Motta (tous ICB-USP) ; et Fernando A. Oliveira (Laboratoire cellulaire et moléculaire, Centre de mathématiques, de calcul et de cognition, Université fédérale de l’ABC).