Une chimie cérébrale inattendue est à l’origine de l’élément de surprise
Les animaux apprennent particulièrement bien des événements inattendus, et l’hormone noradrénaline peut en être l’une des raisons.
Vous tendez la main au-dessus d’un poêle pour attraper une casserole. Ce que vous n’aviez pas réalisé, c’est que le brûleur était encore allumé. Aie !
Cet accident douloureux vous a probablement appris une leçon. Il est adaptatif d’apprendre des événements inattendus afin de ne pas répéter nos erreurs.
Notre esprit peut être prêt à accorder une attention supplémentaire lorsque nous sommes surpris. Dans une récente étude de recherche sur Nature, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology ont trouvé des preuves qu’une hormone, la noradrénaline, modifie l’activité cérébrale – et le comportement ultérieur d’un animal – dans ces occasions surprenantes.
La noradrénaline est l’un des nombreux produits chimiques qui peuvent inonder le cerveau de signaux puissants. Des recherches antérieures montrent que la noradrénaline est impliquée lorsque l’on se sent excité, anxieux ou alerte et contribue à l’apprentissage. Cependant, la nouvelle recherche révèle qu’elle joue un rôle important dans les réponses à l’inattendu.
Le MIT groupe a utilisé une méthode appelée optogénétique pour étudier la noradrénaline chez la souris. Les chercheurs ont inclus des protéines uniques sensibles à la lumière dans les neurones qui fonctionnent comme un bouton d’arrêt pour les cellules lorsqu’elles sont frappées par des impulsions de lumière laser. Ils se sont concentrés sur la modification d’une zone du cerveau connue sous le nom de locus coeruleus, qui contient les cellules responsables de la libération de noradrénaline.
Avec des lasers, les chercheurs pourraient empêcher ces cellules de produire l’hormone dans des circonstances spécifiques. Ils ont combiné cette technique avec le marquage photo, une stratégie dans laquelle les protéines clignotent avec de la lumière, permettant aux chercheurs d’observer l’activité dans les cellules du locus coeruleus, puis de déterminer la quantité de noradrénaline produite.
Ensuite, les scientifiques ont réalisé une tâche d’apprentissage par essais et erreurs pour les rongeurs. Les souris peuvent appuyer sur des leviers lorsqu’elles entendent un bruit. Il y avait 2 sons. Après des tonalités à haute fréquence d’environ douze kilohertz, les souris qui appuyaient sur un levier étaient récompensées par de l’eau qu’elles pouvaient boire.
Pour les tonalités basses fréquences, autour de 4 kilohertz, les souris qui ont frappé le levier ont eu une surprise un peu inattendue : une bouffée d’air inconfortable leur a été soufflée. Au fil du temps, les rats ont appris à pousser le levier juste au moment où ils entendaient des tonalités à haute fréquence parce qu’ils avaient de l’eau quand ils le faisaient. Ils évitent le levier lorsqu’ils écoutaient des tonalités à basse fréquence.
Lorsque les scientifiques ont analysé ce qui se passait dans le locus coeruleus à ces occasions, ils ont constaté que la production de noradrénaline augmentait à 2 moments différents : avant que les souris n’appuient sur le levier et lorsque les rongeurs ont reçu de l’eau ou une bouffée d’air.
Les scientifiques soupçonnent que la première bouffée de noradrénaline montre qu’elle joue un rôle dans la décision d’un animal de rechercher des avantages. Une de leurs expériences soutient cette intuition. Lorsque les chercheurs ont réduit le volume des tonalités, rendant plus difficile l’identification des notes à haute fréquence produisant de l’eau de celles à basse fréquence soufflant de l’air, les souris semblaient confuses.
Certains hésitent à appuyer sur le levier ; cependant, certains l’ont fait quand même. Ensuite, les scientifiques ont utilisé leur interrupteur optogénétique pour empêcher la libération de noradrénaline, ce qui a rendu les souris encore plus hésitantes.
Le lancement de la noradrénaline, paraît-il, a augmenté les chances que les souris prennent des risques alors qu’elles n’étaient pas si sûres des résultats.
De plus, les chercheurs ont suivi la noradrénaline libérée avant que les souris ne frappent le levier et ont découvert qu’elle se rendait au cortex moteur du cerveau, une zone impliquée dans l’envoi d’influx nerveux qui stimulent les mouvements musculaires. En d’autres termes, la montée en puissance de la chimie mentale a aidé à pousser les souris à appuyer sur la barre.
Quant au deuxième pic de noradrénaline, les chercheurs ont découvert que le produit chimique était libéré lorsque les souris recevaient une bouffée d’air ou d’eau – et cette réponse cérébrale était la plus forte lorsque le résultat était une surprise.
Par exemple, après que les souris ont appris à associer des tons plus élevés à l’obtention d’eau, les chercheurs ont décidé de secouer un peu les points en lançant souvent la bouffée d’air à la place.
Non seulement ces changements ont modifié les habitudes des souris d’ordinateur – la bouffée d’air inattendue, par exemple, a rendu les souris plus réticentes à appuyer sur le levier lors du test suivant – mais les scientifiques ont découvert que le locus coeruleus lançait plus de noradrénaline lorsque les animaux obtenaient ces résultats inattendus. Les chercheurs ont également découvert que l’obstruction du lancement de la noradrénaline rendait les souris moins précises pour savoir quand appuyer sur une barre pour obtenir une récompense en eau. Cette découverte contribue à rendre la situation selon laquelle la noradrénaline est particulièrement utile pour nous aider à apprendre de l’inattendu.
Dans des travaux futurs, les chercheurs pourront étudier si des processus égaux existent chez l’homme. Les scientifiques peuvent même étudier le fonctionnement de la noradrénaline avec d’autres messagers chimiques, tels que la dopamine, qui joue un rôle dans notre réponse aux bienfaits. La nouvelle recherche montre qu’il pourrait y avoir une histoire neurochimique beaucoup plus complexe derrière “la composante de surprise” que quiconque ne l’aurait jamais imaginé.
Lire l’article original sur Scientific American.
