Une introduction aux neurosciences comportementales

La neuroscience comportementale étudie la façon dont le système nerveux influence le comportement chez l’homme et l’animal. Les chercheurs de cette discipline utilisent diverse méthodes, allant des techniques d’apprentissage pour animaux à des expériences d’imagerie cérébrales, pour étudier comment les régions fonctionnelles et les connections du cerveau sont liées a des comportements spécifiques et des maladies apparentées. Cette vidéo montre un bref historique de la neuroscience comportementale, les questions clés des chercheurs de ce domaine, les principales méthodes utilisées pour répondre à ces questions et fournit un coup d’œil aux types d’expériences utilisées aujourd’hui dans les labos.

Commençons par un recapitulatif de quelques étapes majeures de l’histoire de la neuroscience comportementale. Dans la Grèce antique, Hippocrate et ses disciples furent les premiers à croire que le cerveau contrôle les pensées humaines. Ensuite, en 1662, René Descartes a développé un des premiers modèles pour décrire comment le cerveau contrôle le comportement – il suggéra que l’âme contrôle le corps grâce à la glande pinéale.

Les siècles suivant produisirent de nombreuses preuves montrant que Descartes avait tort. Par exemple, en 1848, un conducteur de train, Phineas Gage, eut un accident dans lequel une tige de métal lui transperça le crâne. Bien que vivant, il montra un fort changement de personnalité, prouvant ainsi qu’un dommage du lobe frontal a un impact profond sur le comportement. Ensuite, à la fin du 19ème siècle, Paul Broca et Carl Wernicke étudièrent des patients ayant perdu leur capacité à lire et/ou parler, et découvrirent des régions du cerveau impliquées dans le langage, maintenant connues comme les aires de Broca et Wernicke.

Plus tard, en 1890, William James proclama que la psychologie devrait être étudiée par la biologie, et de nombreuses découvertes majeures sur les modifications du comportement s’en suivirent. Dans les années 1930, en se basant sur l’opinion de James, BF Skinner développa un appareil appelé la boite de Skinner, toujours utilisée pour étudier comment punitions et récompenses renforcent le comportement chez l’animal.

A la fin du 20ème siècle, les techniques de neuroimagerie devinrent accessibles, comme l’imagerie à résonnance magnétique ou IRM. En 1990, Seiji Ogawa développa la méthode, maintenant utilisée pour l’IRM fonctionnelle, qui révolutionna le domaine de la neuroscience en permettant aux chercheurs de visualiser l’activité du cerveau au cours du temps pendant des tâches cognitives simples.

Maintenant que nous avons discuté des évènements majeurs de l’histoire de la neuroscience comportementale, voyons quelques questions fondamentales posées par les gens de la neurobiologie du comportement aujourd’hui. Toutes ces questions impliquent l’étude des corrélats neuraux, ou les régions spécifiques du cerveau dont l’activation est responsable d’une fonction donnée.

Par exemple, un scientifique intéressé par le contrôle du mouvement par le système nerveux, doit étudier les mécanismes qui contrôlent l’équilibre et la coordination. Bien qu’il ait été établit que ces fonctions correspondent au cortex moteur primaire, au cortex pré-moteur, au cervelet et a la substance noire, les scientifiques étudient toujours comment les circuits au sein et entre chaque région permettent la locomotion.

D’autre part, les chercheurs peuvent aussi étudier comment le système nerveux évalue les stimuli et module le comportement en fonction de ceux-ci. Ici, ils peuvent se demander quelles conséquences ont les différents types de récompenses sur le comportement des animaux. La compréhension de quand et de pourquoi certaines récompenses sont motivantes pourrait nous aider à traiter des troubles comme l’addiction.

Les corrélats neuraux de la motivation et de la récompense sont le système limbique et l'aire tegmentale ventrale.

D’autres neuroscientifiques du comportement étudient comment le système nerveux permet l’apprentissage et la formation de la mémoire. Par exemple, certains étudient comment le cerveau crée et conserve des souvenirs liés à des stimuli effrayants, ce qui est important pour le traitement des troubles de stress post-traumatique. Ces fonctions correspondent généralement à l’hippocampe et l’amygdale.

D’autres questions clés se concentrent sur les processus cognitifs plus complexes, tels que la reconnaissance faciale. Ici, un chercheur peut enquêter sur la façon dont un sujet réagit à des visages familiers par rapport a des visages inconnus.

Chez l'homme, un corrélat neural spécifique pour la reconnaissance faciale est la zone du visage fusiforme dans le gyrus fusiforme.

Maintenant que nous avons parcouru quelques unes des grandes questions posées par les neuroscientifiques comportementaux, plongeons dans certaines méthodes importantes utilisées tout en essayant de répondre à ces questions. Beaucoup d’approches dans ce domaine impliquent des expériences comportementales chez les animaux, faites après manipulation de certaines régions du cerveau, afin d'étudier le lien entre la neurobiologie et le comportement.

Des processus comme la locomotion peuvent être étudiés chez l'animal à l'aide de matériel spécialisé, tels que la tige tournante, qui est une tige rotative obligeant l'animal à se déplacer continuellement pour éviter la chute, ou des chambres qui nécessitent que l’animal atteigne sa nourriture pour tester la dextérité.

Les méthodes basées sur la modification du comportement incluent le conditionnement opérant, et peuvent utiliser la boîte de Skinner pour les expériences d'auto-administration impliquant des stimuli de récompenses ou de répulsions, tels que la nourriture ou les médicaments.

Les méthodes pour étudier l'apprentissage et la mémoire utilisent souvent des labyrinthes, tels que les motifs en bras du T ou la piscine de Morris, dans lesquels les animaux doivent trouver, puis se souvenir, du chemin pour sortir du labyrinthe.

Plus les comportements étudiés sont complexes et plus le besoin en sujets humains grandit. Par exemple, l'étude des processus cognitifs complexes, comme le langage, peuvent impliquer des méthodes permettant de mesurer l'activité neurale à travers le cuir chevelu, comme l’electroencéphalographie, qui peut être appliquée pendant que le sujet effectue une tâche cognitive spécifique.

Les méthodes d'imagerie fonctionnelle tels que l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ou IRMf sont également utilisées pour étudier la cognition humaine. Cette méthode mesure un signal, qui correspond au flux sanguin, et peut être lié à l’activation neuronale suite à une tâche, ce qui permet d’obtenir une carte statistique des régions du cerveau actives.

Maintenant que nous avons vu certaines méthodes essentielles en neuroscience comportementale, regardons quelques applications de ces techniques. Dans cette expérience, une souris apprend qu’appuyer de façon répétée sur un levier dans une boîte de Skinner résultera en une récompense alimentaire. L'animal est ensuite traité avec des substances neuroactives, comme l'hormone leptine, afin d'évaluer comment les changements résultant dans l'activité du cerveau influencent la motivation à obtenir de la nourriture.

Chez l’homme, l’IRM fonctionnelle est souvent utilisée pour étudier les processus cognitifs complexes comme la prise de décision. Dans cette étude, les participants doivent décider pendant l’IRMf si un motif de points bouge rapidement ou lentement

L’électroencéphalographie, ou EEG, est une technique non invasive qui peut être utilisée pour étudier des états pathologiques comme la démence et la maladie d’Alzheimer. Pour ces expériences, les participants portent des électrodes non invasives sur le cuir chevelu qui mesurent l’activité électrique du cerveau pendant qu’une fonction est accomplie. Les analyses peuvent montrer des profils anormaux corrélés avec des maladies neurologiques ou psychiatriques.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE à la neuroscience comportementale. Nous avons vu un bref historique de ce domaine de recherche, quelques unes de ces questions clés, présenté des méthodes importantes utilisées pour répondre à ces questions et examiné quelques utilisations spécifiques de ces méthodes. Merci de nous avoir regardés!