Il est assez difficile d'imaginer qu'à l'ère actuelle, avec de meilleurs soins de santé et un accès accru aux services médicaux, l'abus d'alcool demeure un problème majeur de santé publique mondiale. Malheureusement, il a été démontré qu'une femme enceinte qui consomme une grande quantité d'alcool peut donner naissance à un enfant souffrant de lésions cérébrales graves et de troubles neurodéveloppementaux durant toute la vie, comme on l'observe chez les personnes atteintes du syndrome d'alcoolisation fœtale (SAF)1,2,3. Chez les femmes ayant un historique avéré de consommation d'alcool pendant la grossesse, le fœtus en développement est également sensible à de faibles quantités d'alcool ou à différents schémas de consommation entraînant des variations des concentrations d'alcool dans le sang. Dans ce dernier cas, bien que les enfants n'présentent pas les troubles morphologiques ou neurocomportementaux sévères observés dans le SAF, ils peuvent néanmoins souffrir de handicaps cognitifs permanents et de troubles émotionnels allant d'une intensité légère à sévère3,4. Dans leur ensemble, le SAF et les formes moins graves de troubles prénataux liés à l'alcool constituent un ensemble de troubles du spectre de l'alcoolisation fœtale (TSAF). Il n'est pas surprenant que les TSAF soient entièrement évitables, mais de manière étonnante, les estimations montrent que dans les populations où l'abus d'alcool est fréquent, ils restent la cause non génétique principale de déficience neurologique et cognitive, touchant environ 2 à 5 % des jeunes enfants aux États-Unis et dans des pays européens tels que la France et la Suède. En ce qui concerne l'incidence du SAF aux États-Unis, la prévalence est de 2 à 7 cas pour 1 000 naissances vivantes5, ce qui implique que l'incidence globale des TSAF est beaucoup plus élevée que celle du SAF.
Des études d'imagerie cérébrale menées chez des enfants atteints de TSAF ont montré qu'ils présentent des anomalies cérébrales, telles qu'un corps calleux plus mince6, un vermis cérébelleux antérieur plus petit7 et un hippocampe réduit8. Ces anomalies cérébrales sous-tendent certaines des perturbations neurocognitives à long terme observées chez les enfants atteints de TSAF. Les liens exacts reliant les variations des modifications cérébrales induites par l'alcool maternel aux variations du profil (c'est-à-dire le type, l'ampleur) de troubles neurocognitifs spécifiques restent à ce jour insuffisamment définis. Toutefois, comme point de départ, l'hippocampe constitue un excellent candidat pour évaluer sa vulnérabilité aux effets prénataux de l'alcool. En effet, les enfants atteints de TSAF présentent des déficits dans des comportements dépendants de l'hippocampe, tels que l'apprentissage de lieu9,10 et la récupération différée d'objets11.
Les modèles rongeurs des TSAF se sont révélés inestimables pour élucider les mécanismes menant aux perturbations neurocognitives observées chez les enfants atteints de TSAF. Un modèle bien établi d'exposition aiguë que nous avons adopté consiste à administrer de l'alcool à des rats pendant les jours postnataux 4 à 912,13, une période durant laquelle le cerveau subit une formation rapide des synapses et des contacts dendritiques, comparable à la semaine fœtale 24 chez l'humain et s'étendant jusqu'au 3e trimestre14,15,16,17. Ce modèle particulier induit une perte significative de neurones hippocampiques18,19 ainsi que de neurones dans de nombreuses autres régions cérébrales telles que le cervelet12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23, accompagnée de troubles sévères des fonctions cognitives couvrant différents domaines21,24,25. La perturbation cognitive résultant d'une exposition précoce à l'alcool chez le rat peut être évaluée de diverses manières, notamment par le biais de la conditionnement classique palpébral (CCP). Le CCP est un paradigme utilisé depuis plus d'un siècle pour étudier scientifiquement les bases fondamentales de l'apprentissage26,27 et constitue donc une méthode utile pour mieux comprendre les conséquences neurocognitives néfastes découlant d'une exposition prénatale à l'alcool. Il s'agit d'un paradigme très souple qui permet aux chercheurs d'utiliser une variété de procédures de CCP, chacune pouvant être étudiée chez de nombreuses espèces de mammifères allant de la souris à l'humain sur l'échelle phylogénétique, et à différents stades du développement cérébral28,29,30,31. En outre, les circuits neuronaux fondamentaux qui sous-tendent l'apprentissage associatif dans ce paradigme sont appuyés par des rapports expérimentaux et neuropsychologiques chez ces mêmes espèces26,32,33,34,35,36,37.
Une forme de CEC, la CEC à trace, est démontrée dans cet article (Figure 1). Pour fournir un contexte, elle est comparée à la forme plus traditionnelle — la CEC à délai. Le paradigme de CEC s'inspire du conditionnement classique chez le chien, initialement mis en œuvre par le physiologiste lauréat du prix Nobel, Ivan Pavlov. Pavlov a découvert que certains stimuli, tels que des sons, n'entraînent pas naturellement une salivation, mais que lorsqu'ils précèdent et se chevauchent avec la présentation de nourriture, la réponse salivaire peut être renforcée par des présentations répétées des deux stimuli, à condition que cette contingence son-nourriture soit maintenue. Ceci constitue un exemple de CEC à délai, selon lequel la force associative est médiée par la contiguïté temporelle immédiate entre les deux stimuli, rendant ainsi les conditions d'apprentissage optimales pour l'animal. Il a également testé d'autres variations de la contingence son-nourriture, comme éteindre le son et laisser une période de « trace » avant de présenter la nourriture. Lorsque ces deux stimuli étaient suffisamment discontigus, il devenait beaucoup plus difficile pour les chiens d'émettre une réponse de salivation avant la présentation de la nourriture. La discontiguïté entre l'extinction du son et la présentation de la nourriture constitue donc un exemple de CEC à trace. Étant donné que les rongeurs ne salivent pas naturellement en présence de nourriture, des stimuli plus pertinents pour l'espèce, tels qu'une légère décharge électrique, sont utilisés à la place ; ils n'émettent pas non plus naturellement de clignements oculaires défensifs en réponse à un son. Dans ce contexte, les protocoles de CEC chez le rongeur impliquent la présentation d'un son à un niveau donné de décibels, associé de manière spécifique à une légère décharge électrique appliquée soit au muscle de la paupière (orbicularis oculi), soit au muscle temporalis, afin d'induire une réponse de clignement. Le son est considéré comme un stimulus conditionné (SC), tandis que la décharge est considérée comme un stimulus non conditionné (SNC). Dans la CEC à délai, le SC est présenté en premier ; ce stimulus reste actif pendant une durée déterminée. Ensuite, le SNC est délivré. Ces deux stimuli se chevauchent pendant une certaine durée, puis cessent simultanément ; la réponse de clignement provoquée par le SNC est considérée comme une réponse non conditionnée (RNC). Dans ce protocole, les rongeurs apprennent à émettre des réponses de clignement quelque temps après la présentation du SC, mais juste avant le SNC, afin d'anticiper ce stimulus aversif. La réponse de clignement apprise est appelée réponse conditionée (RC). Dans la CEC à trace, le SC et le SNC sont séparés par une période de temps sans stimulus, appelée intervalle de trace ; ils ne se chevauchent pas dans le temps, contrairement à la CEC à délai. Pendant cet intervalle, l'animal doit établir l'association entre les stimuli. De façon similaire à la CEC à délai, l'apprentissage se produit lorsque l'animal émet de façon cohérente un clignement après l'extinction du SC, mais immédiatement avant la délivrance du SNC. Après un certain nombre de séances d'acquisition (SC associé au SNC), des courbes d'apprentissage (c'est-à-dire basées sur différentes mesures de RC) se développent. Des études lésionnelles et d'imagerie cérébrale montrent qu'un apprentissage réussi en CEC à délai dépend de l'intégrité des circuits neurologiques cérébelleux et du tronc cérébral38,39,40, tandis que la CEC à trace est une procédure de niveau supérieur nécessitant un engagement neuronal supplémentaire de l'hippocampe41,42,43,44 et d'autres structures corticales45,46. En raison des exigences temporelles nécessaires pour acquérir correctement les RC à trace, cette tâche est également plus difficile à apprendre (même pour des sujets normaux).

Figure 1 : Conditionnement classique de clignement de paupières avec intervalle interstimulus. Une forme d'onde réelle est présentée, représentative d'un rat adulte du groupe témoin non intubé (UC). Le stimulus conditionnel sonore (CS) (85 dB, 2,8 kHz) est d'abord présenté pendant 380 ms. Un intervalle interstimulus de 500 ms suit, durant lequel aucun stimulus n'est présent. Ensuite, un stimulus non conditionnel de choc (US) (1,6 mA) est délivré pendant 100 ms. L'apprentissage réussi dans cette tâche se manifeste par une augmentation, au fil de nombreuses séances d'entraînement, de la fréquence (%) ou de l'amplitude (en volts) des clignements oculaires durant la fenêtre temporelle de réponse conditionnée (période totale de CR). En particulier, les rongeurs possédant un hippocampe intact émettent généralement davantage de réponses conditionnées bien synchronisées (CR adaptatives) juste avant le début du stimulus US de choc (dans une fenêtre de 200 ms). Les réponses de sursaut (SR) durant les 80 premières ms suivant l'apparition du CS sonore, ainsi que les réponses non conditionnées (UR), sont également mesurées. Les SR non associatives sont généralement faibles ou inexistantes chez les rongeurs bien entraînés, tandis que les UR sont censées être élevées en fréquence et en amplitude. Cette tâche exige que le rongeur apprenne à établir une association entre la fin du CS et le début de l'US (durant l'intervalle interstimulus), ce qui la rend intrinsèquement plus difficile à acquérir par rapport au conditionnement classique de type retard (delay ECC). Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.
Nous démontrons ici les conséquences fonctionnelles néfastes d'une exposition néonatale à l'alcool administrée selon un mode comparable à une consommation excessive ponctuelle, évaluée par une procédure de conditionnement classique avec intervalle (ECC), qui délivre un ton CS de 85 dB (2,8 kHz) pendant 380 ms, suivi d'une secousse électrique US de 1,6 mA pendant 100 ms, ces stimuli étant séparés par un intervalle de 500 ms. Nous avons déjà signalé l'utilité de ce test comportemental dans des études antérieures examinant l'intervention par la choline et la supplémentation en fer pour atténuer les effets de l'exposition néonatale à l'alcool18,47. En effet, l'ECC avec intervalle peut être utilisé comme outil diagnostique pour évaluer les atteintes hippocampiques induites par l'alcool chez le nouveau-né. Son avantage par rapport à l'ECC sans intervalle réside dans sa sensibilité accrue pour détecter les perturbations de la fonction hippocampique, qui est altérée chez les humains atteints de troubles du spectre de l'alcoolisation fœtale (TSAF).
La démonstration de la CEC s'étend bien au-delà du domaine de l'alcoolisation fœtale. De nombreuses variantes de la CEC (par exemple : délai, trace, composée, inversion) peuvent être utilisées pour élucider les différences ontogénétiques dans l'apprentissage au cours du développement, les bases neurobiologiques de l'apprentissage associatif chez les mammifères normaux, ainsi que les vulnérabilités de différents systèmes cérébraux face à de nombreux facteurs de risque, notamment (mais sans s'y limiter) les tératogènes, les toxines environnementales, les traumatismes crâniens, les maladies neurodégénératives et les troubles psychiatriques.