Pourquoi courir plus vite accélérer l’apprentissage dans le cervelet?

Courir plus rapidement améliore l’apprentissage du cervelet par les fibres moussues.

Cervelet (latin pour “petit cerveau” ou “petit cerveau”) en rouge. Cerebellar est le mot sœur cérébral et signifie «se rapportant ou se trouvant dans le cervelet».

Source: Base de données Lifesciences / Wikimedia Commons

Selon une nouvelle étude réalisée par des chercheurs du Centre de Champalimaud pour l’inconnu, les vitesses de fonctionnement plus rapides du tapis roulant améliorent l’apprentissage associatif dans le cervelet des souris. Cet article, “L’activité locomotrice module l’apprentissage associatif dans le cervelet de souris”, a été publié le 16 avril dans la revue Nature Neuroscience.

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“Le cervelet est important pour apprendre des mouvements qualifiés. Il calibre les mouvements face à un environnement changeant pour les coordonner de manière très précise », a déclaré l’auteur principal, Megan Carey, dans un communiqué. Carey est l’investigateur principal et le chef de groupe du programme de neurosciences au Centre de Champalimaud pour l’inconnu à Lisbonne, au Portugal.

La principale conclusion de cette étude est que plus les souris tournaient rapidement sur un tapis roulant, plus leur cervelet apprenait rapidement et mieux, une tâche associative appelée «conditionnement des yeux en sourcils».

Les auteurs décrivent la méthode de leurs dernières recherches: «Nous avons étudié ici les effets de l’état comportemental, et en particulier de l’activité locomotrice, sur le conditionnement du clin de l’œil par retard, une forme d’apprentissage associatif dépendant du cervelet. Dans le conditionnement du clin d’œil tardif, les animaux apprennent à fermer les yeux en réponse à un stimulus conditionné (CS) initialement neutre qui est prédictif de manière fiable d’un stimulus aversif inconditionnel (US), tel qu’un souffle d’air dans les yeux. ”

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Pour mieux comprendre les changements cellulaires qui accompagnent l’apprentissage du cervelet, Carey et ses collègues ont développé une tâche d’apprentissage conditionnée consistant à apprendre aux souris à cligner des yeux en réponse à un flash de lumière couplé à une bouffée d’air, tout en courant à différentes vitesses sur un tapis roulant. Le conditionnement des yeux est un moyen courant de tester la vitesse et l’efficacité de l’apprentissage associatif dans le cervelet.

Les souris de cette étude qui avaient leurs tapis roulants réglés à une vitesse plus rapide ont appris à associer le flash de lumière (qui normalement ne fait pas clignoter les souris) à un souffle d’air plus rapidement. Ainsi, même s’il n’y avait pas une bouffée d’air pour accompagner un flash de lumière, ces souris clignotaient automatiquement. D’un autre côté, il a fallu beaucoup plus de temps pour que le conditionnement du rétrécissement des yeux soit encodé dans le cervelet de souris dont les tapis roulants étaient réglés à des vitesses plus lentes.

Dans un communiqué, la première auteure de cette étude, Catarina Albergaria, a résumé: “Notre principale conclusion était que nous pouvions faire en sorte que les souris apprennent mieux en les faisant courir plus vite”.

Notamment, les chercheurs ont également constaté que les performances ultérieures du rétrécissement des yeux ont bénéficié de vitesses de fonctionnement plus rapides. “Les souris ont moins bien fonctionné quand nous avons ralenti le tapis roulant, et cela s’est produit à des échelles de quelques secondes”, a déclaré Albergaria.

Après avoir identifié un lien de causalité entre la vitesse de course et l’apprentissage associatif dans le cervelet, les chercheurs ont été curieux de savoir où cette amélioration se produisait dans le «petit cerveau».

Pour cette phase de l’étude, l’équipe de recherche a utilisé l’optogénétique pour stimuler des neurones spécifiques qui se projettent dans le cervelet, appelés «fibres moussues». Au sein du cervelet, l’information sensorielle est transmise aux fibres granuleuses. axone pour influencer un grand nombre de cellules de Purkinje.

Fait intéressant, lorsque les chercheurs ont stimulé les fibres moussues au moyen de l’optogénétique, ils ont observé un apprentissage amélioré comparable aux vitesses de fonctionnement plus rapides. Par conséquent, les chercheurs spéculent que trouver des moyens de stimuler directement l’activité des fibres moussues pourrait avoir les mêmes avantages sur l’apprentissage associatif que la course. “Il ne doit pas nécessairement être la locomotion; tout ce qui entraîne une augmentation de l’activité des fibres moussues pourrait fournir une modulation équivalente de l’apprentissage », a déclaré Albergaria.

Malgré ces découvertes révolutionnaires sur l’apprentissage associatif dans le cervelet, les auteurs soulignent rapidement que des vitesses de fonctionnement plus rapides n’améliorent pas nécessairement la vitesse d’apprentissage dans d’autres régions du cerveau. “Nous ne savons pas si cela est vrai pour d’autres types d’apprentissage non cérébelleux”, prévient Albergaria.

Les vitesses de passage plus rapides améliorent-elles l’apprentissage dans le cervelet humain?

Source: Wikipedia / domaine public

Selon Albergaria, “le cervelet est une structure bien conservée à travers les espèces et il existe des circuits communs à toutes les espèces.” Elle suppose que les futures recherches basées sur ces découvertes pourraient nous aider à comprendre comment la locomotion influence l’apprentissage associatif chez le cervelet humain.

“Nous avons tendance à penser que pour manipuler la plasticité du cerveau, afin que les personnes apprennent plus vite et que les apprenants ralentissent, nous devons utiliser des drogues. Mais ici, tout ce que nous avions à faire était de contrôler la vitesse d’exécution des souris pour obtenir une amélioration. Il serait intéressant de voir si cela vaut pour les humains, pour les formes d’apprentissage cérébelleux – et même pour d’autres types d’apprentissage », a déclaré Carey dans un communiqué.

Les auteurs concluent: «Nos résultats suggèrent que l’activité locomotrice module le conditionnement du clin de l’oeil par l’activation accrue de la voie des fibres moussues dans le cervelet. Pris ensemble, ces résultats fournissent des preuves d’un nouveau rôle de la modulation de l’état comportemental dans l’apprentissage associatif et suggèrent un mécanisme potentiel par lequel le mouvement peut améliorer la capacité d’apprentissage d’un individu. ”

Les futures recherches du Carey Lab tenteront de répondre à des questions plus importantes, telles que la raison pour laquelle la marche et d’autres types d’exercices aérobiques semblent nous aider à coordonner les pensées, à organiser des idées et à trouver des solutions créatives. Les preuves anectodales établissent également un lien entre l’activité physique et les moments «Aha! Par exemple, Albert Einstein a dit à propos de E = mc ² : «J’ai pensé à cela en faisant du vélo.» Dans cette même phrase, Manish Saggar de l’Université de Stanford a trouvé des preuves de l’imagerie cérébrale par IRMf.

Les recherches cérébelleuses de Megan Carey à Lisbonne coïncident magnifiquement avec les recherches sur le cervelet menées par Jeremy Schmahmann à la Harvard Medical School de Boston. L’hypothèse de «Dysmétrie de la pensée» de Schmahmann postule que le cervelet nous aide à coordonner nos pensées de la même manière qu’il nous aide à coordonner nos mouvements.

Pour en savoir plus, “Jeremy Schmahmann démêle la perplexité de notre cervelet” et la Fondation MINDlink: Connecter le cervelet au curé.

Les références

Catarina Albergaria, N. Tatiana Silva, Dominique L. Pritchett et Megan R. Carey. “L’activité locomotrice module l’apprentissage associatif dans le cervelet de souris.” Nature Neuroscience (Publié en ligne le 16 avril 2018) DOI: 10.1038 / s41593-018-0129-x

Saggar, Manish, Eve-Marie Quintin, Nicholas T. Bott, Eliza Kienitz, Yin-hsuan Chien, Daniel WC Hong, Ning Liu, Adam Royalty, Grace Hawthorne et Allan L. Reiss. “Modifications de l’activation cérébrale associées à l’improvisation spontanée et à la créativité figurative après une formation basée sur la pensée conceptuelle: une étude longitudinale par IRMf.” Cerebral Cortex (2016) DOI: 10.1093 / cercor / bhw171

Schmahmann, Jeremy D. “Les troubles du cervelet: l’ataxie, la dysmétrie de la pensée et le syndrome cognitif cognitif cérébelleux.” The Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neurosciences (2004) DOI: 10.1176 / jnp.16.3.367

Jeremy D. Schmahmann et Janet C. Sherman. “Le syndrome affectif cognitif cérébelleux.” Cerveau: un journal de neurologie (1998) DOI: 10.1093 / brain / 121.4.561

Schmahmann, Jeremy D. “Dysmétrie de la pensée: conséquences cliniques de la dysfonction cérébelleuse sur la cognition et l’affection.” Tendances des sciences cognitives (1998) DOI: 10.1016 / S1364-6613 (98) 01218-2