Échapper à un danger imminent est essentiel pour survivre. Les animaux doivent apprendre un nouvel environnement assez rapidement pour pouvoir choisir le chemin le plus court vers la sécurité. Mais comment font-ils cela sans jamais avoir été menacés dans le nouvel environnement ?
Les neuroscientifiques du Sainsbury Wellcome Center de l’UCL ont exploré comment les souris découvrent leur environnement spatial et les stratégies comportementales qu’elles utilisent pour emprunter le chemin le plus court vers un abri lorsqu’elles ont peur.
Dans une nouvelle étude, publiée aujourd’hui dans Biologie actuelleles chercheurs montrent que les souris apprennent le chemin le plus court pour s’échapper après seulement 10 minutes d’exploration de l’environnement et qu’elles n’ont pas besoin d’expérience préalable de menace.
« Dans de nombreuses études en neurosciences, les souris sont entraînées à résoudre des labyrinthes complexes et disposent de beaucoup de temps pour apprendre à le faire. Mais dans la nature, les souris n’ont pas ce luxe – lorsqu’elles sont confrontées à une menace, elles doivent s’échapper pour se mettre à l’abri aussi vite que possible. La question est de savoir comment les souris apprennent cela très rapidement, sans possibilité d’essais et d’erreurs », a déclaré Tiago Branco, chef de groupe au Sainsbury Wellcome Center et auteur correspondant de l’article.
Pour explorer cette question, les chercheurs de SWC ont mené une série d’expériences comportementales où ils ont donné aux souris le choix entre deux ou trois itinéraires de retour vers un abri. Les scientifiques ont utilisé un son fort ou un stimulus imminent, simulant un prédateur, pour effrayer les souris, puis ont observé leur chemin de retour vers un abri.
Premièrement, les neuroscientifiques ont bloqué le chemin direct vers l’abri et ont découvert que les souris apprenaient à utiliser l’un des autres itinéraires. Ensuite, les chercheurs ont cherché à savoir si les souris pouvaient choisir correctement entre deux chemins de longueurs différentes. Les expériences ont eu lieu dans l’obscurité, ce qui signifie que les souris ne pouvaient pas voir le chemin le plus court. Cependant, les chercheurs ont observé que les souris préfèrent effectivement le chemin le plus court, en particulier lorsqu’il y a une plus grande différence entre les longueurs des deux chemins.
Pour comprendre comment les souris apprennent cela, les chercheurs ont étudié celles qui subissaient une menace pour la première fois et ont observé que les souris inexpérimentées avaient déjà une préférence pour la voie la plus courte. Ainsi, les souris doivent acquérir ces informations par l’exploration naturelle et ne doivent pas d’abord faire l’expérience de la menace pour apprendre à choisir la meilleure voie d’évacuation. De plus, les souris ont appris cela après seulement 10 minutes d’exploration de l’environnement.
« Les souris sont prédées par de nombreuses espèces et donc pour une souris, il est très important de savoir comment s’échapper pour se mettre en sécurité. Si vous mettez une souris dans un nouvel environnement, sa priorité est de cartographier l’espace et de trouver comment se rendre à un coffre-fort. Cela fait partie du répertoire naturel du comportement de la souris et n’a pas besoin d’être explicitement instruit », a déclaré Tiago Branco.
Traditionnellement, la façon dont les animaux sont censés apprendre est d’expérimenter la valeur de quelque chose et de la cartographier sur la géométrie spatiale. Par exemple, si les souris étaient exposées à plusieurs reprises à la menace et se sentaient stressées en reprenant le long chemin vers la sécurité, elles attribueraient au chemin le plus long une valeur inférieure et apprendraient à prendre le chemin le plus court à la place.
Cependant, dans cette expérience, les animaux ne faisaient pas cela. Au lieu de cela, les souris ont supposé que le chemin le plus court était le meilleur pour s’échapper. Les chercheurs qualifient cette hypothèse d’heuristique innée. Au cours de l’évolution, les souris ont acquis un ensemble de circuits neuronaux qui leur donnent la capacité de faire ces choix innés après une exploration naturelle.
« Les animaux sont très doués pour apprendre les choses qui comptent pour eux. Pour comprendre le cerveau de la souris et les algorithmes et les circuits neuronaux qui soutiennent l’apprentissage, il est important d’examiner les comportements que la souris a évolué pour faire et les contraintes qu’ils ont. sont en mesure d’apprendre rapidement et efficacement », a commenté Tiago Branco.
Pour explorer les algorithmes que le cerveau pourrait utiliser pour permettre aux souris de choisir la meilleure voie d’évacuation, les chercheurs ont examiné trois modèles de calcul différents et ont demandé si les algorithmes artificiels pouvaient fonctionner aussi bien que les souris dans la tâche. Ils ont constaté que les trois algorithmes fonctionnaient tous très bien si la souris artificielle était autorisée à explorer pendant une longue période. Cependant, la vraie souris n’avait que 10 minutes pour explorer.
Ainsi, les chercheurs ont alimenté la souris artificielle avec les trajectoires empruntées par la vraie souris et ils ont découvert que l’algorithme le plus simple possible, appelé sans modèle, ne pouvait pas apprendre à choisir le chemin le plus court. Les deux modèles plus complexes, appelés basés sur des modèles, pouvaient apprendre la meilleure voie d’évacuation, mais ils n’étaient corrects qu’environ la moitié du temps. Cela donne aux chercheurs un aperçu de ce dont le cerveau a besoin pour que les souris puissent sélectionner la voie d’évacuation optimale.
Les prochaines étapes pour les chercheurs consistent à approfondir la façon dont cela fonctionne dans le cerveau et comment les souris cartographient la valeur des actions dans ce paradigme naturel. Cette question est une petite pièce du puzzle plus vaste de la façon dont les animaux choisissent les actions qu’ils vont faire en fonction de leur attente de ce qui va être le mieux à court ou à long terme. Les neuroscientifiques espèrent comprendre cette forme de cartographie des valeurs dans un comportement d’action pour avoir un aperçu des types d’algorithmes que le cerveau peut utiliser pour mettre en œuvre un apprentissage rapide.
Federico Claudi et al, L’heuristique innée et l’apprentissage rapide prennent en charge la sélection des voies d’évacuation chez la souris, Biologie actuelle (2022). DOI : 10.1016/j.cub.2022.05.020
Fourni par Sainsbury Wellcome Center