Nous avons fabriqué notre première voiture pour rongeurs à partir d’un contenant de céréales en plastique. Après essais et erreurs, mes collègues et moi avons découvert que les rats pouvaient apprendre à avancer en saisissant un petit fil qui agissait comme une pédale d’accélérateur. Peu de temps après, ils dirigeaient avec une précision surprenante pour atteindre un régal Froot Loop.
Comme prévu, les rats hébergés dans des environnements enrichis – dotés de jouets, d’espace et de compagnons – ont appris à conduire plus vite que ceux vivant dans des cages standards. Cette découverte conforte l’idée selon laquelle les environnements complexes améliorent la neuroplasticité: la capacité du cerveau à changer tout au long de la vie en réponse aux demandes environnementales.
Après avoir publié nos recherches, l’histoire des rats volants est devenu viral dans les médias. Le projet se poursuit dans mon laboratoire avec de nouveaux véhicules améliorés actionnés par des rats, ou ROV, conçus par un professeur de robotique. John McManus et ses élèves. Ces ROV électriques améliorés – dotés d’un câblage à l’épreuve des rats, de pneus indestructibles et de leviers de conduite ergonomiques – s’apparentent à une version pour rongeurs du Cybertruck de Tesla.
En tant que neuroscientifique qui prône logement et tests animaux de laboratoire dans les habitats naturels, j’ai trouvé amusant de voir à quel point nous nous sommes éloignés de mes pratiques de laboratoire avec ce projet. Les rats préfèrent généralement la terre, les bâtons et les pierres aux objets en plastique. Maintenant, nous les faisions conduire des voitures.
Mais les humains n’ont pas non plus évolué pour conduire. Même si nos anciens ancêtres n’avaient pas de voiture, ils avaient un cerveau flexible cela leur a permis d’acquérir de nouvelles compétences : le feu, la langue, les outils en pierre et l’agriculture. Et quelque temps après l’invention de la roue, les humains ont fabriqué des voitures.
Même si les voitures conçues pour les rats sont loin d’être comparables à tout ce qu’ils pourraient rencontrer dans la nature, nous avons pensé que conduire était une manière intéressante d’étudier comment les rongeurs acquièrent de nouvelles compétences. De manière inattendue, nous avons découvert que les rats étaient extrêmement motivés pour leur entraînement à la conduite, sautant souvent dans la voiture et faisant tourner le « moteur à levier » avant que leur véhicule ne prenne la route. Pourquoi était-ce ?
Regarder dessus
Certains rats qui s’entraînent à conduire appuient sur un levier avant que leur voiture ne soit placée sur la piste, comme s’ils attendaient avec impatience le trajet qui les attend.
La nouvelle destination de la joie
Les concepts des manuels d’introduction à la psychologie ont pris une nouvelle dimension pratique dans notre laboratoire de conduite de rongeurs. S’appuyer sur des approches d’apprentissage fondamentales telles que conditionnement opérantqui renforce un comportement ciblé grâce à des incitations stratégiques, nous avons formé les rats étape par étape dans leurs programmes d’éducation à la conduite.
Au départ, ils ont appris des mouvements de base, comme monter dans la voiture et appuyer sur un levier. Mais avec la pratique, ces actions simples ont évolué vers des comportements plus complexes, comme diriger la voiture vers une destination spécifique.
Les rats m’ont aussi appris quelque chose de profond un matin de pandémie.
C’était l’été 2020, une période marquée par l’isolement émotionnel pour presque tout le monde sur la planète, même les rats de laboratoire. Lorsque je suis entré dans le laboratoire, j’ai remarqué quelque chose d’inhabituel : les trois rats entraînés à la conduite ont couru avec impatience vers le côté de la cage, sautant comme le fait mon chien lorsqu’on lui demande s’il veut se promener.
Est-ce que les rats avaient toujours fait ça et je ne l’avais tout simplement pas remarqué ? Étaient-ils simplement impatients de faire un Froot Loop ou attendaient-ils le trajet lui-même ? Quoi qu’il en soit, ils semblaient ressentir quelque chose de positif – peut-être de l’enthousiasme et de l’anticipation.
Les comportements associés aux expériences positives sont associés à la joie chez les humainsmais qu’en est-il des rats ? Est-ce que je voyais quelque chose qui s’apparentait à de la joie chez un rat ? Peut-être, étant donné que recherche en neurosciences suggère de plus en plus que joie et émotions positives jouent un rôle essentiel dans la santé des animaux humains et non humains.
Avec cela, mon équipe et moi avons déplacé notre attention de sujets tels que la façon dont le stress chronique influence le cerveau vers la façon dont les événements positifs – et l’anticipation de ces événements – façonnent les fonctions neuronales.
Travailler avec un boursier postdoctoral Kitty Hartvigsenj’ai conçu un nouveau protocole qui utilisait des périodes d’attente pour accélérer l’anticipation avant un événement positif. Apporter Conditionnement pavlovien Dans le mélange, les rats ont dû attendre 15 minutes après qu’un bloc Lego ait été placé dans leur cage avant de recevoir un Froot Loop. Ils ont également dû attendre quelques minutes dans leur cage de transport avant d’entrer dans Rat Park, leur aire de jeux. Nous avons également ajouté des défis, comme leur faire décortiquer des graines de tournesol avant de les manger.
C’est devenu notre Attends-le programme de recherche. Nous avons baptisé cette nouvelle ligne d’étude UPER (réponses d’expérience positives imprévisibles) où les rats étaient entraînés à attendre des récompenses. En revanche, les rats témoins ont reçu leurs récompenses immédiatement. Après environ un mois de formation, nous exposons les rats à différents tests pour déterminer comment l’attente d’expériences positives affecte leur apprentissage et leur comportement. Nous étudions actuellement leur cerveau pour cartographier l’empreinte neuronale d’expériences positives prolongées.
Les résultats préliminaires suggèrent que les rats qui doivent attendre leurs récompenses montrent des signes de passage d’un style cognitif pessimiste à un style optimiste dans un test conçu pour mesurer l’optimisme des rongeurs. Ils ont obtenu de meilleurs résultats dans les tâches cognitives et ont été plus audacieux dans leurs stratégies de résolution de problèmes. Nous avons lié ce programme à l’intérêt plus large de notre laboratoire pour produits comportementauxun terme que j’ai inventé pour suggérer que les expériences peuvent modifier la chimie du cerveau de la même manière que les produits pharmaceutiques.
Cette recherche apporte un soutien supplémentaire à la façon dont l’anticipation peut renforcer le comportement. Des travaux antérieurs avec des rats de laboratoire ont montré que les rats appuyant sur une barre pour obtenir de la cocaïne – un stimulant qui augmente l’activation de la dopamine – ressentez déjà une poussée de dopamine car ils anticipent une dose de cocaïne.
L’histoire des queues de rat
Ce ne sont pas seulement les effets de l’anticipation sur le comportement des rats qui ont retenu notre attention. Un jour, un étudiant a remarqué quelque chose d’étrange : l’un des rats du groupe entraînés à s’attendre à des expériences positives avait la queue droite avec une courbe au bout, qui ressemble au manche d’un parapluie à l’ancienne.
Je n’avais jamais vu cela au cours de mes décennies de travail avec des rats. En examinant les séquences vidéo, nous avons constaté que les rats entraînés à anticiper des expériences positives étaient plus susceptibles de tenir la queue haute que les rats non entraînés. Mais qu’est-ce que cela signifiait exactement ?
Curieux, j’ai publié une photo du comportement sur les réseaux sociaux. Des collègues neuroscientifiques ont identifié cela comme une forme plus douce de ce qu’on appelle Queue de Straubgénéralement observé chez les rats ayant reçu de la morphine opioïde. Cette boucle en forme de S est également lié à la dopamine. Lorsque la dopamine est bloquée, le comportement de la queue de Straub diminue.
Les formes naturelles d’opiacés et de dopamine – des acteurs clés dans les voies cérébrales qui diminuent la douleur et améliorent la récompense – semblent être des ingrédients révélateurs des queues élevées de notre programme d’entraînement à l’anticipation. L’observation de la posture de la queue chez le rat ajoute une nouvelle couche à notre compréhension de l’expression émotionnelle du rat, nous rappelant que les émotions s’expriment dans tout le corps.
Bien que nous ne puissions pas demander directement aux rats s’ils aiment conduire, nous avons conçu un test comportemental pour évaluer leur motivation à conduire. Cette fois, au lieu de donner uniquement aux rats la possibilité de se rendre en voiture jusqu’à l’arbre Froot Loop, ils pourraient également faire un trajet plus court à pied – ou avec la patte, dans ce cas.
Étonnamment, deux des trois rats ont choisi d’emprunter la voie la moins efficace consistant à se détourner de la récompense et à courir vers la voiture pour se rendre à leur destination Froot Loop. Cette réponse suggère que les rats apprécient à la fois le voyage et la destination enrichissante.
Leçons de rats pour profiter du voyage
Nous ne sommes pas la seule équipe à étudier les émotions positives chez les animaux.
Neuroscientifique Jaak Panksepp fameusement rats chatouillésdémontrant leur capacité de joie.
La recherche a également montré que les environnements souhaitables à faible stress pour les rats réajuster les circuits de récompense de leur cerveaucomme le noyau accumbens. Lorsque les animaux sont hébergés dans leur environnement préféré, la zone du noyau accumbens qui répond aux expériences appétitives s’étend. Alternativement, lorsque les rats sont hébergés dans des contextes stressants, les zones génératrices de peur de leur noyau accumbens se développent. C’est comme si le cerveau était un piano que l’environnement pouvait accorder.
Le neuroscientifique Curt Richter a également plaidé en faveur les rats ont de l’espoir. Dans une étude qui ne serait pas autorisée aujourd’hui, des rats ont nagé dans des cylindres de verre remplis d’eau, finissant par se noyer d’épuisement s’ils n’étaient pas secourus. Les rats de laboratoire fréquemment manipulés par les humains ont nagé pendant des heures, voire des jours. Les rats sauvages ont abandonné après seulement quelques minutes. Toutefois, si les rats sauvages étaient brièvement secourus, leur durée de survie s’allongeait considérablement, parfois de plusieurs jours. Il semblait que le fait d’être secouru donnait de l’espoir aux rats et les stimulait.
Le projet Driving Rats a ouvert des portes nouvelles et inattendues dans mon laboratoire de recherche en neurosciences comportementales. S’il est essentiel d’étudier les émotions négatives telles que la peur et le stress, les expériences positives façonnent également le cerveau de manière significative.
Alors que les animaux – humains ou autres – naviguent dans l’imprévisibilité de la vie, anticiper des expériences positives les aide à persévérer et à continuer à chercher les récompenses de la vie. Dans un monde de gratification immédiate, ces rats offrent un aperçu des principes neuronaux qui guident le comportement quotidien. Plutôt que d’appuyer sur des boutons pour obtenir des récompenses instantanées, ils nous rappellent que planifier, anticiper et profiter du trajet peut être la clé d’un cerveau sain. C’est une leçon pour mes rats de laboratoire m’a bien appris.
