La stimulation du nerf vague peut stimuler l’apprentissage perceptuel
Résumé: De nouvelles recherches démontrent que la stimulation du nerf vague améliore l’apprentissage perceptuel, permettant aux animaux de mieux distinguer les différences sensorielles subtiles au fil du temps.
Dans l’étude, les souris entraînées à différencier les tons se sont améliorées davantage lorsque leur nerf vague a été stimulé, dépassant les plateaux de performance observés chez les souris non stimulées. Cette stimulation a activé des régions du cerveau associées à l’attention, à la mémoire et à la neuroplasticité, ce qui suggère qu’elle pourrait améliorer l’adaptabilité à de nouvelles expériences. Les résultats impliquent que la stimulation du nerf vague pourrait aider les humains à améliorer leurs compétences sensorielles, notamment l’adaptation aux implants cochléaires.
Les chercheurs prévoient d’étudier cette approche plus en profondeur chez l’homme, en particulier pour aider les personnes malentendantes. Cette étude met en évidence le potentiel des techniques non invasives pour stimuler l’apprentissage et l’adaptation sensorielle.
Faits clés
- La stimulation du nerf vague a amélioré l’apprentissage chez les souris, leur permettant de mieux percevoir les différences subtiles.
- Les souris stimulées présentaient une neuroplasticité accrue dans le cortex auditif.
- Les résultats pourraient améliorer l’apprentissage et l’adaptation sensorielle chez les humains, en particulier chez ceux porteurs d’implants cochléaires.
Source: NYU Langone
Tout comme un musicien peut s’entraîner à distinguer plus précisément les différences subtiles de hauteur, les mammifères peuvent améliorer leur capacité à interpréter l’audition, la vision et d’autres sens avec de la pratique. Ce processus, appelé apprentissage perceptuel, peut être amélioré en activant un nerf majeur qui relie le cerveau à presque tous les organes du corps, montre une nouvelle étude chez la souris.
Dirigée par des chercheurs de NYU Langone Health, l’enquête se concentre sur le nerf vague, qui transporte les signaux entre le cerveau et le cœur, le système digestif et d’autres organes.
Les experts explorent depuis longtemps le ciblage de ce nerf avec de légères impulsions électriques pour traiter une grande variété de conditions allant de l’épilepsie et de la dépression au trouble de stress post-traumatique et aux troubles auditifs.
Les résultats de ces efforts ont toutefois été mitigés et les mécanismes sous-jacents susceptibles de conduire à une amélioration de l’audition étaient jusqu’à présent restés flous.
Pour examiner de plus près si la stimulation du nerf vague peut stimuler l’apprentissage perceptuel, l’équipe d’étude a entraîné 38 souris à distinguer les tonalités musicales. Dans un premier temps, les performances se sont améliorées pour tous les animaux, qui commettaient de moins en moins d’erreurs au fil du temps.
Cependant, alors que ceux sans traitement ont atteint leur maximum après environ une semaine d’entraînement, les rongeurs ayant reçu une stimulation nerveuse ont continué à s’améliorer dans leur tâche, commettant en moyenne environ 10 % d’erreurs en moins pour la plupart des tests qu’avant la simulation.
De plus, les souris de ce groupe ont commis deux fois moins d’erreurs que leurs homologues lors des évaluations les plus difficiles, dans lesquelles elles devaient distinguer des tons très similaires.
« Nos résultats suggèrent que l’activation du nerf vague pendant l’entraînement peut repousser les limites de ce que les animaux, et peut-être même les humains, peuvent apprendre à percevoir », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Kathleen Martin, BS, étudiante diplômée à l’Institut de neurosciences de NYU Grossman. École de médecine.
Dans une deuxième partie de l’enquête, les chercheurs ont évalué comment et où la stimulation du nerf vague affecte le cerveau. Les résultats ont révélé que la technique stimule l’activité du cerveau antérieur basal cholinergique, une région impliquée dans l’attention et la mémoire. Lorsque l’équipe a supprimé cette zone lors de l’activation nerveuse, les rongeurs n’ont pas bénéficié d’avantages supplémentaires en matière d’apprentissage.
En outre, l’équipe a montré que la stimulation du nerf vague augmentait la neuroplasticité, un processus par lequel les cellules cérébrales deviennent plus capables de s’adapter à de nouvelles expériences et de former des souvenirs, dans le cortex auditif, le principal centre d’audition du cerveau. Cela peut conduire à des changements cellulaires à long terme qui permettent aux nouvelles compétences de perdurer bien après la formation, explique Martin.
Elle note que cibler le nerf vague pour améliorer l’audition a déjà été controversé parmi les experts, les études antérieures sur les animaux n’ayant pas montré d’améliorations significatives.
La nouvelle étude, publiée en ligne le 16 septembre dans la revue Neurosciences naturellessuggère que la méthode peut effectivement fonctionner, même si les résultats ont mis plus de temps à apparaître que ce que les chercheurs prévoyaient initialement, disent les auteurs. Ce retard, ajoute Martin, pourrait être dû en partie au fait que les impulsions électriques utilisées dans la technique peuvent distraire les animaux testés, qui peuvent avoir besoin de temps pour s’adapter à la sensation.
Les auteurs notent que l’utilisation de la stimulation du nerf vague pour améliorer l’audition a des applications potentielles bien au-delà de la maximisation des capacités musicales. L’apprentissage perceptuel est un élément clé à la fois pour comprendre une nouvelle langue et pour s’adapter aux implants cochléaires, des outils neuroprothétiques utilisés pour restaurer la perte auditive. Notamment, les patients mettent souvent des mois à s’adapter à ces appareils et nombre d’entre eux continuent d’avoir des difficultés à discuter même après des années d’utilisation.
« Ces résultats mettent en évidence le potentiel de la stimulation du nerf vague pour accélérer les améliorations auditives grâce aux implants cochléaires », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Robert Froemke, PhD. « En stimulant l’apprentissage perceptuel, cette méthode pourrait permettre aux porteurs d’implants de communiquer plus facilement avec les autres, d’entendre les voitures approcher et de s’engager plus efficacement dans le monde qui les entoure. »
Froemke, professeur Skirball de génétique au département de neurosciences et de physiologie de la NYU Grossman School of Medicine, affirme que les dispositifs de stimulation électrique actuellement utilisés pour activer le nerf vague ne mesurent que quelques centimètres de diamètre et peuvent être implantés en chirurgie ambulatoire. procédure. Certains appareils, comme ceux utilisés pour soulager les migraines, sont encore moins invasifs et sont simplement maintenus contre la peau du cou.
Sur la base de leurs découvertes, les chercheurs prévoient ensuite de tester la stimulation du nerf vague chez les rongeurs porteurs d’implants cochléaires pour voir si elle améliore leur fonction, explique Froemke, également professeur au département d’oto-rhino-laryngologie – chirurgie de la tête et du cou à la NYU Grossman School of Medicine.
Également membre de l’Institut de neurosciences de NYU Langone, Froemke prévient que, puisque le nerf vague est beaucoup plus gros et complexe chez l’homme que chez la souris, les effets de sa stimulation peuvent différer et justifient donc des tests plus approfondis chez les patients humains.
Financement: Le financement de l’étude a été assuré par la subvention DC012557 des National Institutes of Health. Le financement d’études complémentaires a été fourni par le ministère de la Défense des États-Unis et la National Science Foundation.
Outre Martin et Froemke, les autres chercheurs de NYU Langone impliqués dans l’étude sont Eleni Papadoyannis, MA ; Jennifer Schiavo, Ph.D. ; Saba Shokat Fadaei, MS ; Habon Issa, BS; Chanson Soomin, PhD ; et Sofia Orrey Valence, BS. Parmi les autres co-chercheurs de l’étude figurent Nesibe Temiz, PhD, de l’Institut Friedrich Miescher pour la recherche biomédicale à Bâle, en Suisse ; Matthew McGinley, PhD, du Baylor College of Medicine à Houston, Texas ; et David McCormick, PhD, de l’Université de l’Oregon à Eugene.
À propos de cette actualité de la recherche sur la stimulation cérébrale et l’apprentissage
Auteur: Shira Polan
Source: NYU Langone
Contact: Shira Polan – NYU Langone
Image: L’image est créditée à Neuroscience News
Recherche originale : Accès fermé.
« La stimulation du nerf vague recrute le système cholinergique central pour améliorer l’apprentissage perceptuel» par Kathleen Martin et al. Neurosciences naturelles
Abstrait
La stimulation du nerf vague recrute le système cholinergique central pour améliorer l’apprentissage perceptuel
La perception peut être affinée par l’expérience, jusqu’à certaines limites. Il n’est pas clair si les limites de perception sont absolues ou si elles pourraient être partiellement surmontées via une neuromodulation et/ou une plasticité améliorée.
Des études récentes suggèrent que la stimulation nerveuse périphérique, en particulier la stimulation du nerf vague (VNS), peut modifier l’activité neuronale et augmenter la plasticité dépendante de l’expérience, bien que l’on sache peu de choses sur les mécanismes centraux recrutés par la VNS.
Ici, nous avons développé une tâche de discrimination auditive pour des souris implantées avec une électrode VNS. Les VNS appliqués pendant le comportement ont progressivement amélioré les capacités de discrimination au-delà du niveau atteint par la seule formation.
L’imagerie à deux photons a révélé des modifications induites par le VNS dans les réponses corticales auditives et des axones cholinergiques projetés corticalement activés. Des expériences anatomiques et optogénétiques ont indiqué que le VNS peut améliorer l’exécution des tâches grâce à l’activation du système cholinergique central.
Ces résultats mettent en évidence l’importance de la modulation cholinergique pour l’efficacité du VNS et pourraient contribuer à affiner davantage la méthodologie du VNS pour les conditions cliniques.