Ces scientifiques et neurologues du MIT Picower Institute jettent une nouvelle lumière sur une petite zone du cerveau, encore peu connue mais clairement spécialisée, le locus coeruleus (LC). Ces travaux, soutenus par les National Institutes of Health (NIH), révèlent que le LC n'a pas seulement un rôle d'alarme, tel que déjà documenté, mais a un impact plus nuancé et multiforme sur l'apprentissage, le comportement et la santé mentale. « D’ailleurs », le locus coeruleus est localisé profondément mais projette des circuits dans le cerveau « tout entier ».
Le locus coeruleus est mieux connu pour sa production « démesurée » de norépinéphrine, un neuromodulateur stimulant l'excitation. Recevant des signaux de plus de 100 autres régions du cerveau et exerçant un contrôle du site et du moment où il « expédie » la noradrénaline (NE) qu’il produit, le LC comprend une population de cellules étonnamment diverses. Ces cellules semblent réguler l'apprentissage de la récompense et de la punition et permettre l’exploitation de ces expériences pour optimiser le comportement. L’auteur principal, le Dr Mriganka Sur, professeur de neurosciences à l'Institut Picower ajoute sur le LC : « ce qui était jusque-là considéré comme un noyau homogène exerçant une influence globale et uniforme sur ses nombreuses régions cérébrales cibles pourrait en fait être une population hétérogène de cellules libérant la noradrénaline de manière à apprendre de l’expérience.
De nombreuses preuves apportées par les auteurs, ici, chez l'animal, viennent en effet confirmer que le LC peut intégrer des entrées sensorielles, réguler des états cognitifs internes, exercer une influence médiée par la noradrénaline pour affecter l’action via le traitement de la rétroaction résultant de la récompense ou de la sanction…
Le LC joue via la NE un rôle clé dans l’apprentissage,
suggère en effet l'étude, menée sur la souris soumise à des tâches d'apprentissage guidées par des tonalités et des volumes variables (signal faible = pas de récompense), confirme que :
- lorsque la souris entend le signal sonore, si la tonalité est faible, le LC envoie moins de NE via un réseau de neurones au cortex moteur, reflétant la conviction de l'animal que le levier ne doit pas être poussé car aucune récompense ne sera disponible ;
- plus le volume est bas, moins la certitude dans la décision est franche ;
- à l'inverse, une tonalité élevée déclenche une transmission plus importante de NE, reflétant la certitude de l'animal que pousser le levier va apporter une récompense.
- une fois que la souris a agi, plus la rétroaction est surprenante, plus elle produit de NE ce qui favorise un meilleur apprentissage : par exemple, si la souris entend un ton faible et aigu et appuie avec précaution sur le levier, la surprise d'une récompense stimule une forte production et transmission de NE vers le cortex préfrontal parce que l’attente n'était pas très élevée, a priori ;
- chaque fois qu'une souris se trompe et reçoit une bouffée d'air (la sanction), cela stimule une forte libération de NE vers le cortex préfrontal.
« La noradrénaline produite et transmise par le LC peut être considérée comme un signal d'éveil, mais c'est aussi, et surtout, un signal d'apprentissage et d'exécution ».
L’équipe poursuit son étude sur l'activité des neurones LC-NE à l'aide de l'optogénétique. Mieux comprendre le fonctionnement du LC peut permettre d’améliorer les traitements de certains troubles, comme le syndrome de stress post-traumatique par exemple- ce qui consisterait à atténuer la réceptivité à la NE.
Mais « l’espoir est d'affecter l'anxiété mais pas de vous endormir ! »,
concluent les auteurs.
Ils soulignent enfin que le LC est une région précocement touchée dans la maladie d'Alzheimer…
Source: Frontiers in Neural Circuits 07 June 2021 DOI : 10.3389/fncir.2021.638007 Locus Coeruleus Norepinephrine in Learned Behavior: Anatomical Modularity and Spatiotemporal Integration in Targets
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