La dopamine dans le réseau pariétal de l’attention des primates

Le rôle de la dopamine dans l’attention a surtout été étudié dans le lobe frontal. Une équipe de l’université de Newcastle l’a plutôt recherchée dans le cortex pariétal, en administrant le médicament directement aux neurones enregistrés chez des macaques éveillés.

Demandez à un neuroscientifique où la dopamine agit sur l’attention, et la réponse commencera généralement par le lobe frontal. 

Des décennies de travaux sur le cortex préfrontal et les ganglions de la base ont permis d’élaborer des modèles solides et utiles en clinique, reliant la dopamine au contrôle exécutif et aux fonctions motrices — des modèles suffisamment détaillés pour guider le traitement de la maladie de Parkinson, du TDAH et de la schizophrénie. 

Le cortex pariétal postérieur (CPP) a joué un rôle bien plus discret dans cette histoire, bien qu’il se trouve au centre des réseaux fronto-pariétaux qui soutiennent l’attention sélective.

L’écart entre les espèces dans les données disponibles en est en partie la raison. Chez les rongeurs, l’innervation dopaminergique des régions pariétales est clairsemée, ce qui a fait de cette région une priorité secondaire pour les recherches sur la dopamine, largement fondées sur des modèles de rongeurs. 

Les primates sont différents : des études de traçage ont montré que le CPP du macaque contient des axones immunoréactifs au transporteur de la dopamine à une densité comparable à celle du cortex préfrontal, et des travaux d’imagerie chez l’humain ont révélé une forte expression des récepteurs de la dopamine dans cette même région. Chez des patients, les médicaments ciblant ces récepteurs et transporteurs modifient également de façon mesurable l’activité pariétale. L’anatomie comme la pharmacologie indiquaient donc une piste qui n’avait pas encore été testée directement au niveau des neurones individuels.

La tester directement n’est pas simple. 

Il faut administrer de la dopamine ou un médicament sélectif d’un récepteur à une petite zone précise du cortex chez un animal éveillé en train d’effectuer une tâche, tout en enregistrant l’activité électrique des neurones mêmes qui reçoivent le médicament — et le faire avec une rigueur suffisante pour écarter la méthode d’enregistrement elle-même comme source d’un éventuel effet. 

Une équipe de recherche de l’Institut des biosciences de l’université de Newcastle, en collaboration avec des chercheurs de l’université de la Ruhr à Bochum et de l’université Monash, a entrepris de faire exactement cela dans le sillon intrapariétal du macaque, une partie essentielle du CPP, tandis que les animaux effectuaient une tâche d’attention spatiale.

Les chercheurs ont enregistré 88 unités simples et multiples tout en appliquant par iontophorèse soit de la dopamine, soit du SCH23390, un antagoniste sélectif du récepteur dopaminergique D1, directement dans le tissu cortical entourant le site d’enregistrement. Cinquante-neuf unités ont été testées avec la dopamine et vingt-neuf avec l’antagoniste. Point crucial, une série distincte d’enregistrements témoins a utilisé une solution saline à pH équivalent afin de vérifier que l’application de courant et de liquide à proximité d’un neurone ne faussait pas en elle-même le signal.

Les résultats étaient clairs sur ce point : les témoins avec solution saline n’ont montré aucun effet systématique sur la décharge neuronale, ce qui signifiait que les effets observés pouvaient être attribués aux médicaments. La dopamine a réduit les taux de décharge dans l’ensemble de la population, suivant une relation en U inversé avec la dose — les courants d’éjection modérés produisant l’inhibition la plus forte, un schéma déjà bien connu des effets de la dopamine dans le cortex préfrontal. Le SCH23390 a lui aussi réduit la décharge, mais selon une courbe simplement monotone plutôt qu’en U inversé, ce qui laisse penser que les deux médicaments agissent par des mécanismes au moins partiellement distincts. Les deux médicaments ont également accru la variabilité du gain — une mesure des fluctuations d’excitabilité d’un essai à l’autre, indépendante du taux moyen de décharge — et tous deux ont réduit le réflexe photomoteur, une mesure physiologique étendant l’effet au-delà du circuit cortical enregistré. 

Environ la moitié des unités modulées par l’administration du médicament l’étaient également par l’attention elle-même, fournissant la première preuve électrophysiologique directe que la dopamine façonne l’activité d’un réseau attentionnel de primate situé en dehors du lobe frontal.

Faire parvenir un médicament et une électrode d’enregistrement aux mêmes quelques micromètres cubes de cortex vivant, de façon répétée, chez deux animaux et au cours de nombreuses sessions, relève autant de l’ingénierie que des neurosciences. L’équipe a fabriqué ses propres électrodes-pipettes pour cette tâche : un fil de tungstène affûté, de 125 micromètres de diamètre et de 75 millimètres de longueur, passé dans un capillaire en verre borosilicaté à trois canaux, aux côtés des conduits remplis de médicament utilisés pour l’iontophorèse. Le fil — fourni par Advent Research Materials, au Royaume-Uni — a été gravé électrolytiquement jusqu’à obtenir une pointe fine, puis le verre a été étiré autour de lui à l’aide d’un extracteur de microélectrodes, l’ensemble étant fixé en remplissant le canal central de cyanoacrylate. 

L’article indique incidemment pourquoi cette dernière étape était importante : sans elle, la partie libre du fil de tungstène à l’intérieur du verre pouvait entrer en résonance avec les petits mouvements de l’animal et introduire du bruit dans un enregistrement par ailleurs propre.

Ce détail mérite qu'on s'y attarde, car il relève davantage de notre propre lecture que d'une conclusion que l'article cherche à établir. Il rappelle qu'une électrode combinant iontophorèse et enregistrement, aussi soigneusement conçue soit-elle sur le papier, reste en définitive un objet fabriqué à la main, assemblé à partir de quelques matériaux très ordinaires — capillaire en verre, résine époxy, morceau de fil métallique — et que sa propreté électrique dépend de la bonne exécution des détails mécaniques de cet assemblage, avant même le début de la pharmacologie. 

Le résultat plus général — à savoir que l'action de la dopamine s'étend au cortex pariétal, par l'intermédiaire d'au moins deux voies pharmacologiquement distinctes — ajoute un chapitre pariétal chez les primates à une histoire de la neuromodulation de l'attention principalement racontée à partir du lobe frontal. 

Il rappelle également utilement qu'en neurosciences des systèmes, l'instrument et l'expérience sont rarement dissociables : un résultat aussi précis, portant sur les courbes dose-réponse et la variabilité du gain dans des unités corticales individuelles, repose sur un appareil fabriqué à partir de composants jugés suffisamment fiables pour qu'on n'y pense pas, jusqu'à ce qu'un problème survienne.

Source

Titre : La dopamine influence la modulation du rythme attentionnel dans le cortex pariétal postérieur du macaque
Revue : Scientific Reports
Auteurs : Jochem van Kempen, Christian Brandt, Claudia Distler, Mark A. Bellgrove, Alexander Thiele
Publié le : 28 avril 2022
DOI : 10.1038/s41598-022-10634-w

Résumé : Les neurosciences cognitives ont considérablement progressé dans la compréhension des substrats neuronaux de l'attention, mais notre compréhension de sa neuropharmacologie demeure incomplète. Bien que la dopamine ait historiquement été étudiée en lien avec le fonctionnement frontal, de nouvelles données suggèrent…