comment le cerveau apprend de la peur et de l’échec

Une étude en neurosciences identifie des neurones cérébraux spécifiques qui sont essentiels pour apprendre à partir de stimuli négatifs, soulignant ainsi leur rôle potentiel dans la santé mentale.

Nous disons souvent « je ne ferai plus ça » face à des retours négatifs, des effets secondaires ou des résultats décevants. De ces expériences, nous essayons d’apprendre.

Comment le cerveau facilite-t-il ce type d’apprentissage ? Le renforcement positif et négatif est un mécanisme crucial au sein du système de valorisation du cerveau. Les neurones libérant le neurotransmetteur dopamine entraînent des résultats meilleurs ou pires que prévu en augmentant ou en diminuant leur activité. Dans le même temps, il est de plus en plus évident que d’autres parties du cerveau gèrent différemment le « négatif » et le « positif ».

Éveil et attention lors d’expériences négatives

Les expériences négatives provoquent souvent un fort effet d’excitation, activant des parties spécifiques du néocortex. Cette activation nous aide à nous concentrer sur les fonctionnalités pertinentes et à tirer les leçons de l’expérience, un concept connu sous le nom d’« attention à l’apprentissage aversif ».

Des chercheurs de l’Institut de médecine expérimentale HUN-REN, dirigés par Balazs Hangya, ont exploré quelles régions du cerveau et quels types de neurones sont impliqués dans l’apprentissage aversif. Leur étude, publiée dans Communications naturellesrévèle que les neurones inhibiteurs projetant à longue portée qui expriment la protéine parvalbumine (PV) dans le membre horizontal de la bande diagonale de Broca (HDB) jouent un rôle crucial dans ce processus.

Fonctionnalité des neurones et résultats expérimentaux

Ces neurones HDB-PV, connus pour leur activité rapide, transmettent des effets excitateurs au néocortex et contrôlent les oscillations gamma essentielles aux fonctions cognitives. Par conséquent, ils sont apparus comme de bons candidats pour médier « l’attention portée à l’apprentissage aversif ». L’équipe de Hangya a montré que ces neurones sont en effet recrutés par des événements aversifs chez des souris expérimentales, comme une bouffée d’air inattendue sur le visage que les souris s’efforcent d’éviter, ou l’odeur d’un prédateur craintif.

Les effets des événements aversifs

Les événements aversifs activent toute une série de voies, entraînant diverses conséquences dans le cerveau. Premièrement, ils favorisent des comportements d’évitement qui réduisent le risque de subir des impacts négatifs. Deuxièmement, ils améliorent la conscience et l’attention en activant les parties concernées du néocortex, aidant ainsi le corps à faire face à la situation. Troisièmement, ils facilitent l’apprentissage pour éviter ou atténuer des scénarios futurs similaires.

Panna Hegedüs, le premier auteur de l’étude, a noté : « Apprendre des expériences négatives est une stratégie de survie ancienne et profondément enracinée. Cela peut même annuler les effets du renforcement positif.

Aperçus de l’optogénétique

L’équipe de Hangya a utilisé une technologie appelée optogénétique, qui peut rendre des types de cellules spécifiques, en l’occurrence les neurones HDB-PV, sensibles à la lumière. Ces techniques permettent une activation ou une suppression précise de l’activité neuronale par l’envoi programmé de lumière dans le tissu cérébral via de petites fibres optiques. Ils ont découvert que l’activation des neurones HDB-PV n’entraînait pas de comportement d’évitement chez la souris, ce qui suggère que cette voie n’est pas impliquée dans l’évitement actif tel que la recherche d’un abri, mais qu’elle médiatise plus probablement l’attention et/ou certains aspects de l’apprentissage induits par des stimuli aversifs.

En effet, lors du blocage optogénétique des réponses neuronales aux bouffées d’air du visage, les souris n’ont pas réussi à apprendre les stimuli auditifs prédictifs discriminants prédisant les bouffées d’air probables ou improbables. Cette expérience a démontré que les neurones HDB-PV sont nécessaires à l’apprentissage des stimuli aversifs.

Circuits neuronaux et réponses comportementales

Les neurones n’agissent pas de manière isolée mais font partie de circuits complexes comportant diverses voies d’entrée et de sortie. L’équipe de Hangya, avec Gabor Nyiri et ses collègues du même institut, a cartographié les entrées et sorties des neurones HDB-PV. Ils ont découvert que ces cellules intègrent de multiples sources d’informations aversives, notamment des voies importantes provenant des noyaux de l’hypothalamus et du raphé du tronc cérébral. À leur tour, ils transmettent des informations intégrées au système dit limbique, en grande partie responsable des réponses comportementales et émotionnelles, y compris le système septo-hippocampique important pour le stockage et le rappel des souvenirs épisodiques.

De plus, les cellules HDB-PV inhibitrices ciblent principalement d’autres neurones inhibiteurs dans ces régions, soulageant ainsi probablement l’inhibition des cellules excitatrices et leur permettant d’être plus actives – un mécanisme cérébral omniprésent appelé désinhibition.

Conclusion et implications pour la santé mentale

L’étude suggère que les neurones HDB-PV inhibiteurs à longue portée sont recrutés par des stimuli aversifs pour remplir des fonctions d’apprentissage associatives cruciales en augmentant l’excitabilité corticale au niveau de zones cibles spécifiques, probablement par désinhibition. Ainsi, au moins pour les stimuli aversifs, les neurones HDB-PV pourraient être le substrat physique du concept « d’attention pour l’apprentissage ».

« Une dérégulation du traitement des valences positives et négatives peut être observée dans différents troubles psychiatriques, notamment l’anxiété et la dépression. Il est donc crucial de comprendre comment la valence négative est codée dans le cerveau et comment elle contribue à l’apprentissage », conclut Hegedüs.