La libération de dopamine évoquée par des stimuli de récompense nous aide à mieux comprendre notre monde, selon une recherche de Concordia

Trois étudiants de la Faculté des arts et des sciences ont terminé leur parcours de premier cycle à Concordia avec une prestigieuse plume à leur chapeau : un compte rendu de recherche publié dans Nature Neuroscience, une revue savante hautement respectée.

Sous la direction de Mihaela Iordanova, professeure agrégée de psychologie à l’Université Concordia, Etienne Maes, Alexandra Usypchuk et Megan Lozzi ont mené une série d’expériences qui jettent une nouvelle lumière sur le rôle de la dopamine – un neurotransmetteur – dans l’apprentissage.

Les chercheurs se sont servis d’une opsine (protéine photosensible) pour freiner l’activation des neurones dopaminergiques en présence de stimuli annonciateurs d’une récompense. Ils ont observé que les libérations de dopamine déclenchées par ces signaux fonctionnent davantage comme des erreurs de prédiction de la récompense que comme des prédicteurs de cette récompense.

L’article est cosigné par Melissa Sharpe, de l’Université de la Californie à Los Angeles (UCLA), ainsi que Chun Yun Yang, Matthew Gardner et Geoffrey Schoenbaum, du National Institute of Drug Abuse (NIDA), à Baltimore.

Comprendre sans apprendre

En atténuant la décharge neuronale de dopamine chez des rats, les chercheurs voulaient savoir dans quelle mesure ce neurotransmetteur influe sur la compréhension à l’égard d’une récompense à venir.

Pour ce faire, ils ont eu recours à des rats génétiquement modifiés afin d’exprimer une opsine photosensible dans les neurones dopaminergiques. Ils ont ainsi pu limiter le signal dopaminergique à des moments précis. Les rats ont été placés dans un environnement où ils ont été entraînés à prévoir une récompense en fonction d’un stimulus précis, habituellement un son ou une lumière clignotante. Normalement, un signal qui annonce l’arrivée d’une récompense déclenche aussi une pointe d’activité dans les neurones dopaminergiques. Les chercheurs ont donc perturbé la libération de dopamine par les neurones en braquant sur eux un faisceau de lumière.

« Nous voulions voir si le rat allait s’attendre malgré tout à recevoir une récompense », explique Etienne Maes. « Et ce fut le cas. Bien que nous ayons perturbé la libération de dopamine, nous n’avions pas entravé la prédiction. Cette perturbation a néanmoins empêché le rat d’apprendre de ce stimulus. »

Ce phénomène, ont-ils constaté, a un effet profond sur l’apprentissage associatif : le signal associé à une décharge atténuée de dopamine ne renforce pas l’apprentissage acquis à la suite d’autres signaux qui l’ont précédé. Ainsi, la libération de dopamine déclenchée par des signaux qui annoncent une récompense ne représente pas une prédiction à propos de la récompense à venir, mais plutôt une erreur de prédiction fondée sur des états temporels successifs. Cette observation, précisent les chercheurs, a des retombées quant à notre façon d’apprendre à chaque instant et d’entrevoir notre monde.

« Nos données corroborent que chaque instant contribue à prédire l’instant suivant, et que cette prévisibilité résulte de la rétropropagation d’une erreur de signal transmise par la décharge phasique des neurones dopaminergiques entre des intervalles temporels », explique Mihaela Iordanova.

« La mesure dans laquelle les organismes font l’apprentissage de leur milieu, moment par moment, vient naturellement d’une capacité à prévoir le prochain état de notre monde. Cela a pour résultat d’amortir l’effet de surprise qui accompagne l’imprévisibilité. Le degré auquel certaines personnes aspirent à retrouver la joie de vivre et recherchent des sensations pourrait avoir une corrélation avec cet apprentissage et l’absence de réponse dopaminergique à des moments prévisibles. »

Etienne Maes entend poursuivre ses études à l’automne à l’Université McGill, où il est inscrit au programme double MDCM-Ph.D.Sa formation à Concordia, et particulièrement la mineure en études multidisciplinaires en sciences offerte par le Collège des sciences de l’Université, lui a procuré une expérience unique de coopération avec des collègues chercheurs de divers départements. La publication, dans Nature Neuroscience, de l’article qu’il a cosigné est une immense source de fierté.

« De voir les résultats de ses travaux publiés – de surcroît durant un parcours de premier cycle – est très enthousiasmant. C’est un témoignage des heures de travail ardu que mes collègues et moi avons investies dans ce projet », fait remarquer Etienne Maes. « Cette publication du Iordanova Lab illustre parfaitement la recherche de pointe qui est menée ici, à Concordia, et l’esprit communautaire qui encourage la mise sur pied de tels projets collaboratifs. »

Dans le cadre de cette étude, les chercheurs ont bénéficié du soutien du programme interne de recherche du National Institute on Drug Abuse (NIDA) des États-Unis, de subventions du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG) du Canada et d’une bourse de recherche pour les étudiants de 1^er cycle de l’Université Concordia.

Consultez l’étude citée : Causal evidence supporting the proposal that dopamine transients function as temporal difference prediction errors.