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Une étude apporte un nouvel éclairage sur la contribution de la dopamine à l’apprentissage par renforcement

Une étude apporte un nouvel éclairage sur la contribution de la dopamine à l’apprentissage par renforcement

Une fréquence de stimulation dopaminergique physiologiquement pertinente (20 Hz) ne fonctionne pas comme une récompense significative, cependant, une stimulation dopaminergique à haute fréquence (50 Hz) fonctionne comme une récompense codée comme un événement sensoriel spécifique. En haut : Vérification histologique avec A) expression bilatérale de ChR2 dépendant de Cre chez des rats TH-Cre, B) colocalisation de l’expression de TH et du virus approchée d’environ 90 %, et C) schéma de l’expression minimale et maximale du virus et du placement des fibres. Colonne de gauche : schéma illustrant la conception de la tâche à l’aide d’un exemple de contrepoids, composé de D) le conditionnement pavlovien, E) le conditionnement instrumental et F) le test PIT. Les rats ont d’abord appris que deux signaux auditifs (par exemple, un clic et un bruit blanc) conduisaient à deux résultats (par exemple, une stimulation dopaminergique et des pastilles), puis ils ont appris à effectuer deux pressions sur le levier qui conduisaient aux deux résultats. Enfin, les rats ont reçu les deux signaux auditifs et ont eu la possibilité d’appuyer sur l’un ou l’autre levier, sans retour de récompense. Colonne du milieu : G) Les rats du groupe 20 Hz (n = 6) ont montré une augmentation des entrées de ports alimentaires pendant le stimulus apparié aux pellets, mais pas le stimulus apparié à la dopamine. Ces rats ont montré des augmentations équivalentes de l’activité locomotrice lors de l’apprentissage des deux stimuli. H) Au cours du conditionnement instrumental, où les rats ont appris à appuyer sur le levier pour les deux résultats, les rats du groupe 20 Hz ont montré des réponses robustes à la pression du levier pour les granulés, mais pas pour la stimulation dopaminergique. I) Lors du test PIT final, lorsque le signal apparié à des pellets est présenté, ces rats ont montré des élévations significatives de la réponse sur le levier apparié à des pellets, indiquant un PIT spécifique. Cependant, ils n’ont pas montré de PIT pour le signal apparié à la dopamine. Colonne de droite : J) Les rats du groupe 50 Hz (n = 5) ont montré une augmentation des entrées de ports alimentaires pendant le stimulus apparié aux pellets, mais pas le stimulus apparié à la dopamine. L’augmentation de l’activité locomotrice au cours de l’apprentissage était similaire pour les stimulus appariés à la dopamine et aux pellets. K) Au cours de l’entraînement instrumental, le groupe 50 Hz a montré une pression robuste sur le levier à la fois pour la stimulation de la dopamine et pour les pellets. L) Dans le test PIT final, les stimuli appariés à la dopamine et aux pellets ont tous deux produit un PIT spécifique robuste. Barres d’erreur = SEM. Crédit : Millard et al.

Le neurotransmetteur dopamine a souvent été associé à des comportements de recherche de plaisir et rend les stimuli associés à des récompenses (par exemple, nourriture, boissons) précieux. Néanmoins, les processus par lesquels ce messager chimique clé contribue à l’apprentissage n’ont pas encore été entièrement élucidés.

Des chercheurs de l’Université de Californie à Los Angeles, de l’Université de Sydney et de l’Université d’État du New Jersey ont récemment mené une étude visant à mieux comprendre comment les neurones dopaminergiques (c’est-à-dire les cellules cérébrales qui soutiennent la production de dopamine) soutiennent l’apprentissage basé sur la récompense. Leurs découvertes, publié dans Neurosciences naturellessuggèrent que plutôt que de représenter la valeur attribuée à différents stimuli, ces neurones contribuent à la formation de nouvelles associations mentales entre stimuli et récompense (ou autres stimuli neutres), qui nous aident à former des cartes cognitives de notre environnement.

« Nos recherches récentes ont montré que l’activation des neurones dopaminergiques agit comme un signal d’enseignement du cerveau », a déclaré Melissa Sharpe, co-auteur de l’article, à Medical Xpress. « Cela se produit chaque fois que quelque chose de nouveau ou d’important se produit, ce qui nous aide à apprendre à associer des événements pour créer un nouveau souvenir. De manière critique, nous avons montré que les neurones dopaminergiques font cela sans rendre les choses « précieuses » ou « bonnes » en elles-mêmes. « 

Ce travail est en contradiction avec les études antérieures qui définissaient la dopamine comme le neurotransmetteur produisant le « bonheur » ou le « plaisir ». Cependant, si les neurones dopaminergiques ne véhiculent pas de signaux de valeur, ils devraient être incapables d’attribuer des qualités positives ou agréables à des expériences ou actions spécifiques.

« Nous nous demandions si les neurones dopaminergiques ne transportent pas de signal de valeur, alors comment soutiennent-ils l’autostimulation intracrânienne, ce qui suggère que les neurones dopaminergiques transportent un signal de valeur ? » Le Dr Sharpe a expliqué. « Nos expériences visaient ainsi à répondre à la question : si les neurones dopaminergiques ont effectivement de la valeur dans le contexte de l’autostimulation intra-crânienne, quelle est la représentation cognitive qui permet [them] faire cela? »

Pour répondre à cette question de recherche, la Dre Sharpe et ses collègues ont réalisé une série d’expériences sur des rats. Au cours de ces expériences, ils ont utilisé une procédure de transfert pavlovien-instrumental, un test expérimental bien connu conçu pour élucider les représentations cognitives qui déterminent le comportement animal ou humain.

« Nous enseignons aux rats qu’un signal (par exemple, une tonalité ou un clic) conduit à un résultat particulier (par exemple, une stimulation dopaminergique ou une boulette de nourriture) », a déclaré le Dr Sharpe. « Ainsi, lorsque la tonalité ou le clic est émis, l’un de ces résultats se produit (par exemple, tonalité -> stimulation dopaminergique). Ensuite, nous leur apprenons qu’ils peuvent obtenir ces résultats en appuyant sur l’un des deux leviers. Si la tonalité les fait réfléchir, En fonction du résultat « spécifique » auquel il a été associé (par exemple, la stimulation dopaminergique), ils augmenteront sélectivement la pression sur le levier associé à la stimulation dopaminergique (et non à la nourriture). »

Les expériences menées par le Dr Sharpe et ses collègues ont donné plusieurs résultats intéressants. Premièrement, les chercheurs ont découvert qu’un taux de déclenchement physiologique des neurones dopaminergiques ne soutenait pas l’autostimulation intracrânienne d’une manière qui suggérerait que les neurones dopaminergiques transportent un signal de valeur.

Cependant, ils ont observé que s’ils faisaient s’allumer les neurones dopaminergiques au-dessus de ce taux physiologique, l’activation de ces neurones pourrait fonctionner comme un objectif sensoriel spécifique vers lequel les animaux présenteraient un comportement. Autrement dit, une fréquence élevée de déclenchement des neurones dopaminergiques pourrait fonctionner comme une récompense qui pousserait finalement les rats à adopter des comportements de recherche de plaisir associés à ce que l’on appelle l’effet de transfert pavlovien vers instrumental.

« Cela suggère que lorsque les neurones dopaminergiques se déclenchent dans la vie quotidienne, ils ne donnent pas de valeur aux choses », a expliqué le Dr Sharpe. « Au lieu de cela, ils fonctionnent pour nous aider à former de nouveaux souvenirs ou à comprendre comment les choses dans notre environnement sont liées. Dans le cas où les neurones dopaminergiques se déclenchent plus qu’ils ne sont censés le faire (par exemple, lors de la prise de drogues abusives), cela peut être codé dans le cerveau. comme un événement gratifiant qui nous rend plus susceptibles de rechercher des drogues à l’avenir. »

Dans l’ensemble, cette étude récente du Dr Sharpe et de ses collègues pourrait grandement contribuer à la compréhension de la dopamine et de son rôle dans l’apprentissage basé sur la récompense (c’est-à-dire le renforcement). En particulier, leurs résultats suggèrent que les neurones dopaminergiques ne véhiculent pas de signaux de valeur qui attachent le plaisir ou le bonheur aux stimuli de l’environnement. À l’avenir, ils pourraient ouvrir la voie à des expériences supplémentaires visant à valider davantage les découvertes de l’équipe ou à examiner la contribution unique de circuits neuronaux spécifiques producteurs de dopamine.

« Notre équipe s’intéresse maintenant à la manière dont différents circuits dopaminergiques contribuent à différents types d’apprentissage et comment cela nous aide à créer une représentation complexe mais unifiée de notre environnement », a ajouté le Dr Sharpe.

Plus d’information:
Samuel J. Millard et al, Les représentations cognitives de l’autostimulation intracrânienne des neurones dopaminergiques du mésencéphale dépendent de la fréquence de stimulation, Neurosciences naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41593-024-01643-1

© 2024 Réseau Science X

Citation: Une étude apporte un nouvel éclairage sur la contribution de la dopamine à l’apprentissage par renforcement (2 juin 2024) récupéré le 3 juin 2024 sur https://medicalxpress.com/news/2024-05-contribution-dopamine.html

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